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Merge bmake-20161212
[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/PostOrderIterator.h"
24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
30 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
31 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
32 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
33 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
34 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
35 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
36 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
37 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
38 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
42 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
43 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
44 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
45 #include "llvm/IR/Metadata.h"
46 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 #include <vector>
54 using namespace llvm;
55 using namespace llvm::gvn;
56 using namespace PatternMatch;
57
58 #define DEBUG_TYPE "gvn"
59
60 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
61 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
62 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
63 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
64 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
65 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
66 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
67
68 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
69                                cl::init(true), cl::Hidden);
70 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
71
72 // Maximum allowed recursion depth.
73 static cl::opt<uint32_t>
74 MaxRecurseDepth("max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
75                 cl::desc("Max recurse depth (default = 1000)"));
76
77 struct llvm::GVN::Expression {
78   uint32_t opcode;
79   Type *type;
80   SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
81
82   Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) {}
83
84   bool operator==(const Expression &other) const {
85     if (opcode != other.opcode)
86       return false;
87     if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
88       return true;
89     if (type != other.type)
90       return false;
91     if (varargs != other.varargs)
92       return false;
93     return true;
94   }
95
96   friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
97     return hash_combine(
98         Value.opcode, Value.type,
99         hash_combine_range(Value.varargs.begin(), Value.varargs.end()));
100   }
101 };
102
103 namespace llvm {
104 template <> struct DenseMapInfo<GVN::Expression> {
105   static inline GVN::Expression getEmptyKey() { return ~0U; }
106
107   static inline GVN::Expression getTombstoneKey() { return ~1U; }
108
109   static unsigned getHashValue(const GVN::Expression &e) {
110     using llvm::hash_value;
111     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
112   }
113   static bool isEqual(const GVN::Expression &LHS, const GVN::Expression &RHS) {
114     return LHS == RHS;
115   }
116 };
117 } // End llvm namespace.
118
119 /// Represents a particular available value that we know how to materialize.
120 /// Materialization of an AvailableValue never fails.  An AvailableValue is
121 /// implicitly associated with a rematerialization point which is the
122 /// location of the instruction from which it was formed.
123 struct llvm::gvn::AvailableValue {
124   enum ValType {
125     SimpleVal, // A simple offsetted value that is accessed.
126     LoadVal,   // A value produced by a load.
127     MemIntrin, // A memory intrinsic which is loaded from.
128     UndefVal   // A UndefValue representing a value from dead block (which
129                // is not yet physically removed from the CFG).
130   };
131
132   /// V - The value that is live out of the block.
133   PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
134
135   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
136   unsigned Offset;
137
138   static AvailableValue get(Value *V, unsigned Offset = 0) {
139     AvailableValue Res;
140     Res.Val.setPointer(V);
141     Res.Val.setInt(SimpleVal);
142     Res.Offset = Offset;
143     return Res;
144   }
145
146   static AvailableValue getMI(MemIntrinsic *MI, unsigned Offset = 0) {
147     AvailableValue Res;
148     Res.Val.setPointer(MI);
149     Res.Val.setInt(MemIntrin);
150     Res.Offset = Offset;
151     return Res;
152   }
153
154   static AvailableValue getLoad(LoadInst *LI, unsigned Offset = 0) {
155     AvailableValue Res;
156     Res.Val.setPointer(LI);
157     Res.Val.setInt(LoadVal);
158     Res.Offset = Offset;
159     return Res;
160   }
161
162   static AvailableValue getUndef() {
163     AvailableValue Res;
164     Res.Val.setPointer(nullptr);
165     Res.Val.setInt(UndefVal);
166     Res.Offset = 0;
167     return Res;
168   }
169
170   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
171   bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
172   bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
173   bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
174
175   Value *getSimpleValue() const {
176     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
177     return Val.getPointer();
178   }
179
180   LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
181     assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
182     return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
183   }
184
185   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
186     assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
187     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
188   }
189
190   /// Emit code at the specified insertion point to adjust the value defined
191   /// here to the specified type. This handles various coercion cases.
192   Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, Instruction *InsertPt,
193                                   GVN &gvn) const;
194 };
195
196 /// Represents an AvailableValue which can be rematerialized at the end of
197 /// the associated BasicBlock.
198 struct llvm::gvn::AvailableValueInBlock {
199   /// BB - The basic block in question.
200   BasicBlock *BB;
201
202   /// AV - The actual available value
203   AvailableValue AV;
204
205   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, AvailableValue &&AV) {
206     AvailableValueInBlock Res;
207     Res.BB = BB;
208     Res.AV = std::move(AV);
209     return Res;
210   }
211
212   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
213                                    unsigned Offset = 0) {
214     return get(BB, AvailableValue::get(V, Offset));
215   }
216   static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
217     return get(BB, AvailableValue::getUndef());
218   }
219
220   /// Emit code at the end of this block to adjust the value defined here to
221   /// the specified type. This handles various coercion cases.
222   Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, GVN &gvn) const {
223     return AV.MaterializeAdjustedValue(LI, BB->getTerminator(), gvn);
224   }
225 };
226
227 //===----------------------------------------------------------------------===//
228 //                     ValueTable Internal Functions
229 //===----------------------------------------------------------------------===//
230
231 GVN::Expression GVN::ValueTable::createExpr(Instruction *I) {
232   Expression e;
233   e.type = I->getType();
234   e.opcode = I->getOpcode();
235   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
236        OI != OE; ++OI)
237     e.varargs.push_back(lookupOrAdd(*OI));
238   if (I->isCommutative()) {
239     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
240     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
241     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
242     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
243     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
244     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
245       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
246   }
247
248   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
249     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
250     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
251     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
252       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
253       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
254     }
255     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
256   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
257     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
258          II != IE; ++II)
259       e.varargs.push_back(*II);
260   }
261
262   return e;
263 }
264
265 GVN::Expression GVN::ValueTable::createCmpExpr(unsigned Opcode,
266                                                CmpInst::Predicate Predicate,
267                                                Value *LHS, Value *RHS) {
268   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
269          "Not a comparison!");
270   Expression e;
271   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
272   e.varargs.push_back(lookupOrAdd(LHS));
273   e.varargs.push_back(lookupOrAdd(RHS));
274
275   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
276   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
277     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
278     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
279   }
280   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
281   return e;
282 }
283
284 GVN::Expression GVN::ValueTable::createExtractvalueExpr(ExtractValueInst *EI) {
285   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
286   Expression e;
287   e.type = EI->getType();
288   e.opcode = 0;
289
290   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
291   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
292     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
293     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
294     // an extract value expression.
295     switch (I->getIntrinsicID()) {
296       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
297       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
298         e.opcode = Instruction::Add;
299         break;
300       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
301       case Intrinsic::usub_with_overflow:
302         e.opcode = Instruction::Sub;
303         break;
304       case Intrinsic::smul_with_overflow:
305       case Intrinsic::umul_with_overflow:
306         e.opcode = Instruction::Mul;
307         break;
308       default:
309         break;
310     }
311
312     if (e.opcode != 0) {
313       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
314       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
315              "Expect two args for recognised intrinsics.");
316       e.varargs.push_back(lookupOrAdd(I->getArgOperand(0)));
317       e.varargs.push_back(lookupOrAdd(I->getArgOperand(1)));
318       return e;
319     }
320   }
321
322   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
323   // expression.
324   e.opcode = EI->getOpcode();
325   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
326        OI != OE; ++OI)
327     e.varargs.push_back(lookupOrAdd(*OI));
328
329   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
330          II != IE; ++II)
331     e.varargs.push_back(*II);
332
333   return e;
334 }
335
336 //===----------------------------------------------------------------------===//
337 //                     ValueTable External Functions
338 //===----------------------------------------------------------------------===//
339
340 GVN::ValueTable::ValueTable() : nextValueNumber(1) {}
341 GVN::ValueTable::ValueTable(const ValueTable &Arg)
342     : valueNumbering(Arg.valueNumbering),
343       expressionNumbering(Arg.expressionNumbering), AA(Arg.AA), MD(Arg.MD),
344       DT(Arg.DT), nextValueNumber(Arg.nextValueNumber) {}
345 GVN::ValueTable::ValueTable(ValueTable &&Arg)
346     : valueNumbering(std::move(Arg.valueNumbering)),
347       expressionNumbering(std::move(Arg.expressionNumbering)),
348       AA(std::move(Arg.AA)), MD(std::move(Arg.MD)), DT(std::move(Arg.DT)),
349       nextValueNumber(std::move(Arg.nextValueNumber)) {}
350 GVN::ValueTable::~ValueTable() {}
351
352 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
353 void GVN::ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
354   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
355 }
356
357 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAddCall(CallInst *C) {
358   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
359     Expression exp = createExpr(C);
360     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
361     if (!e) e = nextValueNumber++;
362     valueNumbering[C] = e;
363     return e;
364   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
365     Expression exp = createExpr(C);
366     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
367     if (!e) {
368       e = nextValueNumber++;
369       valueNumbering[C] = e;
370       return e;
371     }
372     if (!MD) {
373       e = nextValueNumber++;
374       valueNumbering[C] = e;
375       return e;
376     }
377
378     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
379
380     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
381       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
382       return nextValueNumber++;
383     }
384
385     if (local_dep.isDef()) {
386       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
387
388       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
389         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
390         return nextValueNumber++;
391       }
392
393       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
394         uint32_t c_vn = lookupOrAdd(C->getArgOperand(i));
395         uint32_t cd_vn = lookupOrAdd(local_cdep->getArgOperand(i));
396         if (c_vn != cd_vn) {
397           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
398           return nextValueNumber++;
399         }
400       }
401
402       uint32_t v = lookupOrAdd(local_cdep);
403       valueNumbering[C] = v;
404       return v;
405     }
406
407     // Non-local case.
408     const MemoryDependenceResults::NonLocalDepInfo &deps =
409       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
410     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
411     CallInst* cdep = nullptr;
412
413     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
414     // identical to C.
415     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
416       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
417       if (I->getResult().isNonLocal())
418         continue;
419
420       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
421       // instruction dependencies.
422       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
423         cdep = nullptr;
424         break;
425       }
426
427       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
428       // FIXME: All duplicated with non-local case.
429       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
430         cdep = NonLocalDepCall;
431         continue;
432       }
433
434       cdep = nullptr;
435       break;
436     }
437
438     if (!cdep) {
439       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
440       return nextValueNumber++;
441     }
442
443     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
444       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
445       return nextValueNumber++;
446     }
447     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
448       uint32_t c_vn = lookupOrAdd(C->getArgOperand(i));
449       uint32_t cd_vn = lookupOrAdd(cdep->getArgOperand(i));
450       if (c_vn != cd_vn) {
451         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
452         return nextValueNumber++;
453       }
454     }
455
456     uint32_t v = lookupOrAdd(cdep);
457     valueNumbering[C] = v;
458     return v;
459
460   } else {
461     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
462     return nextValueNumber++;
463   }
464 }
465
466 /// Returns true if a value number exists for the specified value.
467 bool GVN::ValueTable::exists(Value *V) const { return valueNumbering.count(V) != 0; }
468
469 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
470 /// it a new number if it did not have one before.
471 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAdd(Value *V) {
472   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
473   if (VI != valueNumbering.end())
474     return VI->second;
475
476   if (!isa<Instruction>(V)) {
477     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
478     return nextValueNumber++;
479   }
480
481   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
482   Expression exp;
483   switch (I->getOpcode()) {
484     case Instruction::Call:
485       return lookupOrAddCall(cast<CallInst>(I));
486     case Instruction::Add:
487     case Instruction::FAdd:
488     case Instruction::Sub:
489     case Instruction::FSub:
490     case Instruction::Mul:
491     case Instruction::FMul:
492     case Instruction::UDiv:
493     case Instruction::SDiv:
494     case Instruction::FDiv:
495     case Instruction::URem:
496     case Instruction::SRem:
497     case Instruction::FRem:
498     case Instruction::Shl:
499     case Instruction::LShr:
500     case Instruction::AShr:
501     case Instruction::And:
502     case Instruction::Or:
503     case Instruction::Xor:
504     case Instruction::ICmp:
505     case Instruction::FCmp:
506     case Instruction::Trunc:
507     case Instruction::ZExt:
508     case Instruction::SExt:
509     case Instruction::FPToUI:
510     case Instruction::FPToSI:
511     case Instruction::UIToFP:
512     case Instruction::SIToFP:
513     case Instruction::FPTrunc:
514     case Instruction::FPExt:
515     case Instruction::PtrToInt:
516     case Instruction::IntToPtr:
517     case Instruction::BitCast:
518     case Instruction::Select:
519     case Instruction::ExtractElement:
520     case Instruction::InsertElement:
521     case Instruction::ShuffleVector:
522     case Instruction::InsertValue:
523     case Instruction::GetElementPtr:
524       exp = createExpr(I);
525       break;
526     case Instruction::ExtractValue:
527       exp = createExtractvalueExpr(cast<ExtractValueInst>(I));
528       break;
529     default:
530       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
531       return nextValueNumber++;
532   }
533
534   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
535   if (!e) e = nextValueNumber++;
536   valueNumbering[V] = e;
537   return e;
538 }
539
540 /// Returns the value number of the specified value. Fails if
541 /// the value has not yet been numbered.
542 uint32_t GVN::ValueTable::lookup(Value *V) const {
543   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
544   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
545   return VI->second;
546 }
547
548 /// Returns the value number of the given comparison,
549 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
550 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
551 /// instruction realizing that comparison to hand.
552 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAddCmp(unsigned Opcode,
553                                          CmpInst::Predicate Predicate,
554                                          Value *LHS, Value *RHS) {
555   Expression exp = createCmpExpr(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
556   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
557   if (!e) e = nextValueNumber++;
558   return e;
559 }
560
561 /// Remove all entries from the ValueTable.
562 void GVN::ValueTable::clear() {
563   valueNumbering.clear();
564   expressionNumbering.clear();
565   nextValueNumber = 1;
566 }
567
568 /// Remove a value from the value numbering.
569 void GVN::ValueTable::erase(Value *V) {
570   valueNumbering.erase(V);
571 }
572
573 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
574 /// structures.
575 void GVN::ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
576   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
577          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
578     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
579   }
580 }
581
582 //===----------------------------------------------------------------------===//
583 //                                GVN Pass
584 //===----------------------------------------------------------------------===//
585
586 PreservedAnalyses GVN::run(Function &F, AnalysisManager<Function> &AM) {
587   // FIXME: The order of evaluation of these 'getResult' calls is very
588   // significant! Re-ordering these variables will cause GVN when run alone to
589   // be less effective! We should fix memdep and basic-aa to not exhibit this
590   // behavior, but until then don't change the order here.
591   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
592   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
593   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
594   auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
595   auto &MemDep = AM.getResult<MemoryDependenceAnalysis>(F);
596   bool Changed = runImpl(F, AC, DT, TLI, AA, &MemDep);
597   if (!Changed)
598     return PreservedAnalyses::all();
599   PreservedAnalyses PA;
600   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
601   PA.preserve<GlobalsAA>();
602   return PA;
603 }
604
605 LLVM_DUMP_METHOD
606 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
607   errs() << "{\n";
608   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
609        E = d.end(); I != E; ++I) {
610       errs() << I->first << "\n";
611       I->second->dump();
612   }
613   errs() << "}\n";
614 }
615
616 /// Return true if we can prove that the value
617 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
618 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
619 /// map is actually a tri-state map with the following values:
620 ///   0) we know the block *is not* fully available.
621 ///   1) we know the block *is* fully available.
622 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
623 ///      currently speculating that it will be.
624 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
625 ///      other blocks.
626 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
627                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
628                             uint32_t RecurseDepth) {
629   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
630     return false;
631
632   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
633   // if we already know about this block in one lookup.
634   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
635     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
636
637   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
638   if (!IV.second) {
639     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
640     // speculation of other blocks.
641     if (IV.first->second == 2)
642       IV.first->second = 3;
643     return IV.first->second != 0;
644   }
645
646   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
647   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
648
649   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
650   if (PI == PE)
651     goto SpeculationFailure;
652
653   for (; PI != PE; ++PI)
654     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
655     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
656     // optimistic assumption and bail out.
657     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
658       goto SpeculationFailure;
659
660   return true;
661
662 // If we get here, we found out that this is not, after
663 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
664 // used the speculation to mark other blocks as available.
665 SpeculationFailure:
666   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
667
668   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
669   if (BBVal == 2) {
670     BBVal = 0;
671     return false;
672   }
673
674   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
675   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
676   // 0 if set to one.
677   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
678   BBWorklist.push_back(BB);
679
680   do {
681     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
682     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
683     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
684     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
685     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
686
687     // Mark as unavailable.
688     EntryVal = 0;
689
690     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
691   } while (!BBWorklist.empty());
692
693   return false;
694 }
695
696
697 /// Return true if CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
698 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
699                                             Type *LoadTy,
700                                             const DataLayout &DL) {
701   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
702   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
703   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
704       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
705       StoredVal->getType()->isArrayTy())
706     return false;
707
708   // The store has to be at least as big as the load.
709   if (DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
710         DL.getTypeSizeInBits(LoadTy))
711     return false;
712
713   return true;
714 }
715
716 /// If we saw a store of a value to memory, and
717 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
718 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace.
719 /// IRB is IRBuilder used to insert new instructions.
720 ///
721 /// If we can't do it, return null.
722 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, Type *LoadedTy,
723                                              IRBuilder<> &IRB,
724                                              const DataLayout &DL) {
725   assert(CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, DL) &&
726          "precondition violation - materialization can't fail");
727
728   if (auto *CExpr = dyn_cast<ConstantExpr>(StoredVal))
729     StoredVal = ConstantFoldConstantExpression(CExpr, DL);
730
731   // If this is already the right type, just return it.
732   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
733
734   uint64_t StoredValSize = DL.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
735   uint64_t LoadedValSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
736
737   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
738   if (StoredValSize == LoadedValSize) {
739     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
740     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
741         LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
742       StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy);
743     } else {
744       // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
745       if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
746         StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
747         StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
748       }
749
750       Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
751       if (TypeToCastTo->getScalarType()->isPointerTy())
752         TypeToCastTo = DL.getIntPtrType(TypeToCastTo);
753
754       if (StoredValTy != TypeToCastTo)
755         StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, TypeToCastTo);
756
757       // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
758       if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
759         StoredVal = IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy);
760     }
761
762     if (auto *CExpr = dyn_cast<ConstantExpr>(StoredVal))
763       StoredVal = ConstantFoldConstantExpression(CExpr, DL);
764
765     return StoredVal;
766   }
767
768   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
769   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
770   // can't do anything.
771   assert(StoredValSize >= LoadedValSize &&
772          "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
773
774   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
775   if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
776     StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
777     StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
778   }
779
780   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
781   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
782     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoredValSize);
783     StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, StoredValTy);
784   }
785
786   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
787   // bits so that a truncate will work.
788   if (DL.isBigEndian()) {
789     uint64_t ShiftAmt = DL.getTypeStoreSizeInBits(StoredValTy) -
790                         DL.getTypeStoreSizeInBits(LoadedTy);
791     StoredVal = IRB.CreateLShr(StoredVal, ShiftAmt, "tmp");
792   }
793
794   // Truncate the integer to the right size now.
795   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadedValSize);
796   StoredVal  = IRB.CreateTrunc(StoredVal, NewIntTy, "trunc");
797
798   if (LoadedTy != NewIntTy) {
799     // If the result is a pointer, inttoptr.
800     if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
801       StoredVal = IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr");
802     else
803       // Otherwise, bitcast.
804       StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy, "bitcast");
805   }
806
807   if (auto *CExpr = dyn_cast<ConstantExpr>(StoredVal))
808     StoredVal = ConstantFoldConstantExpression(CExpr, DL);
809
810   return StoredVal;
811 }
812
813 /// This function is called when we have a
814 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
815 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
816 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
817 ///
818 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
819 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
820 /// value of the piece that feeds the load.
821 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
822                                           Value *WritePtr,
823                                           uint64_t WriteSizeInBits,
824                                           const DataLayout &DL) {
825   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
826   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
827   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
828     return -1;
829
830   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
831   Value *StoreBase =
832       GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, DL);
833   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, DL);
834   if (StoreBase != LoadBase)
835     return -1;
836
837   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
838   // a must alias.  AA must have gotten confused.
839   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
840   // to a load from the base of the memset.
841 #if 0
842   if (LoadOffset == StoreOffset) {
843     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
844     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
845     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
846     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
847     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
848     abort();
849   }
850 #endif
851
852   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
853   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
854   // must have gotten confused.
855   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy);
856
857   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
858     return -1;
859   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
860   LoadSize >>= 3;
861
862
863   bool isAAFailure = false;
864   if (StoreOffset < LoadOffset)
865     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
866   else
867     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
868
869   if (isAAFailure) {
870 #if 0
871     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
872     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
873     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
874     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
875     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
876     abort();
877 #endif
878     return -1;
879   }
880
881   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
882   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
883   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
884   // valuable.
885   if (StoreOffset > LoadOffset ||
886       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
887     return -1;
888
889   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
890   // store that the load is.
891   return LoadOffset-StoreOffset;
892 }
893
894 /// This function is called when we have a
895 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
896 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
897                                           StoreInst *DepSI) {
898   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
899   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
900       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
901     return -1;
902
903   const DataLayout &DL = DepSI->getModule()->getDataLayout();
904   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
905   uint64_t StoreSize =DL.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
906   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
907                                         StorePtr, StoreSize, DL);
908 }
909
910 /// This function is called when we have a
911 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
912 /// the other load can feed into the second load.
913 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
914                                          LoadInst *DepLI, const DataLayout &DL){
915   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
916   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
917     return -1;
918
919   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
920   uint64_t DepSize = DL.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
921   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, DL);
922   if (R != -1) return R;
923
924   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
925   // then we should widen it!
926   int64_t LoadOffs = 0;
927   const Value *LoadBase =
928       GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, DL);
929   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
930
931   unsigned Size = MemoryDependenceResults::getLoadLoadClobberFullWidthSize(
932       LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI);
933   if (Size == 0) return -1;
934
935   // Check non-obvious conditions enforced by MDA which we rely on for being
936   // able to materialize this potentially available value
937   assert(DepLI->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
938   assert(DepLI->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
939
940   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, DL);
941 }
942
943
944
945 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
946                                             MemIntrinsic *MI,
947                                             const DataLayout &DL) {
948   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
949   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
950   if (!SizeCst) return -1;
951   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
952
953   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
954   // of the memset..
955   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
956     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
957                                           MemSizeInBits, DL);
958
959   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
960   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
961   // constant memory.
962   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
963
964   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
965   if (!Src) return -1;
966
967   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, DL));
968   if (!GV || !GV->isConstant()) return -1;
969
970   // See if the access is within the bounds of the transfer.
971   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
972                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, DL);
973   if (Offset == -1)
974     return Offset;
975
976   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
977   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
978   // offset applied as appropriate.
979   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
980                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
981   Constant *OffsetCst =
982     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
983   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
984                                        OffsetCst);
985   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
986   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, LoadTy, DL))
987     return Offset;
988   return -1;
989 }
990
991
992 /// This function is called when we have a
993 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
994 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
995 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
996 /// before we give up.
997 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
998                                    Type *LoadTy,
999                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &DL){
1000   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1001
1002   uint64_t StoreSize = (DL.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1003   uint64_t LoadSize = (DL.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1004
1005   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1006
1007   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1008   // to an integer type to start with.
1009   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1010     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1011         DL.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1012   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1013     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1014
1015   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1016   unsigned ShiftAmt;
1017   if (DL.isLittleEndian())
1018     ShiftAmt = Offset*8;
1019   else
1020     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1021
1022   if (ShiftAmt)
1023     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1024
1025   if (LoadSize != StoreSize)
1026     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1027
1028   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, Builder, DL);
1029 }
1030
1031 /// This function is called when we have a
1032 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1033 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1034 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1035 /// anything more we can do before we give up.
1036 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1037                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1038                                   GVN &gvn) {
1039   const DataLayout &DL = SrcVal->getModule()->getDataLayout();
1040   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1041   // widen SrcVal out to a larger load.
1042   unsigned SrcValStoreSize = DL.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1043   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1044   if (Offset+LoadSize > SrcValStoreSize) {
1045     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1046     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1047     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1048     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1049     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1050     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1051       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1052
1053     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1054
1055     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1056     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1057     // load completely because it is already in the value numbering table.
1058     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1059     Type *DestPTy =
1060       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1061     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1062                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1063     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1064     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1065     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1066     NewLoad->takeName(SrcVal);
1067     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1068
1069     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1070     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1071
1072     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1073     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1074     Value *RV = NewLoad;
1075     if (DL.isBigEndian())
1076       RV = Builder.CreateLShr(RV, (NewLoadSize - SrcValStoreSize) * 8);
1077     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1078     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1079
1080     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1081     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1082     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1083     // but then there all of the operations based on it would need to be
1084     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1085     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1086     SrcVal = NewLoad;
1087   }
1088
1089   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1090 }
1091
1092
1093 /// This function is called when we have a
1094 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1095 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1096                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1097                                      const DataLayout &DL){
1098   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1099   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1100
1101   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1102
1103   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1104   // provides the bits for the load.
1105   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1106     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1107     // independently of what the offset is.
1108     Value *Val = MSI->getValue();
1109     if (LoadSize != 1)
1110       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1111
1112     Value *OneElt = Val;
1113
1114     // Splat the value out to the right number of bits.
1115     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1116       // If we can double the number of bytes set, do it.
1117       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1118         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1119         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1120         NumBytesSet <<= 1;
1121         continue;
1122       }
1123
1124       // Otherwise insert one byte at a time.
1125       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1126       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1127       ++NumBytesSet;
1128     }
1129
1130     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, Builder, DL);
1131   }
1132
1133   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1134   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1135   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1136   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1137
1138   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1139   // offset applied as appropriate.
1140   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1141                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1142   Constant *OffsetCst =
1143     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1144   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1145                                        OffsetCst);
1146   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1147   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, LoadTy, DL);
1148 }
1149
1150
1151 /// Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1152 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1153 /// that should be used at LI's definition site.
1154 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1155                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1156                                      GVN &gvn) {
1157   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1158   // just use the dominating value directly.
1159   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1160       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1161                                                LI->getParent())) {
1162     assert(!ValuesPerBlock[0].AV.isUndefValue() &&
1163            "Dead BB dominate this block");
1164     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI, gvn);
1165   }
1166
1167   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1168   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1169   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1170   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1171
1172   for (const AvailableValueInBlock &AV : ValuesPerBlock) {
1173     BasicBlock *BB = AV.BB;
1174
1175     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1176       continue;
1177
1178     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LI, gvn));
1179   }
1180
1181   // Perform PHI construction.
1182   return SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1183 }
1184
1185 Value *AvailableValue::MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI,
1186                                                 Instruction *InsertPt,
1187                                                 GVN &gvn) const {
1188   Value *Res;
1189   Type *LoadTy = LI->getType();
1190   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1191   if (isSimpleValue()) {
1192     Res = getSimpleValue();
1193     if (Res->getType() != LoadTy) {
1194       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1195
1196       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1197                    << *getSimpleValue() << '\n'
1198                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1199     }
1200   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1201     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1202     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1203       Res = Load;
1204     } else {
1205       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, InsertPt, gvn);
1206
1207       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1208                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1209                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1210     }
1211   } else if (isMemIntrinValue()) {
1212     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset, LoadTy,
1213                                  InsertPt, DL);
1214     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1215                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1216                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1217   } else {
1218     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
1219     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
1220     return UndefValue::get(LoadTy);
1221   }
1222   assert(Res && "failed to materialize?");
1223   return Res;
1224 }
1225
1226 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1227   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1228     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1229   return false;
1230 }
1231
1232 bool GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, MemDepResult DepInfo,
1233                                   Value *Address, AvailableValue &Res) {
1234
1235   assert((DepInfo.isDef() || DepInfo.isClobber()) &&
1236          "expected a local dependence");
1237   assert(LI->isUnordered() && "rules below are incorrect for ordered access");
1238
1239   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1240
1241   if (DepInfo.isClobber()) {
1242     // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1243     // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1244     // stored value.
1245     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1246       // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1247       if (Address && LI->isAtomic() <= DepSI->isAtomic()) {
1248         int Offset =
1249           AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address, DepSI);
1250         if (Offset != -1) {
1251           Res = AvailableValue::get(DepSI->getValueOperand(), Offset);
1252           return true;
1253         }
1254       }
1255     }
1256
1257     // Check to see if we have something like this:
1258     //    load i32* P
1259     //    load i8* (P+1)
1260     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1261     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1262       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1263       // we have the first instruction in the entry block.
1264       // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1265       if (DepLI != LI && Address && LI->isAtomic() <= DepLI->isAtomic()) {
1266         int Offset =
1267           AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address, DepLI, DL);
1268
1269         if (Offset != -1) {
1270           Res = AvailableValue::getLoad(DepLI, Offset);
1271           return true;
1272         }
1273       }
1274     }
1275
1276     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1277     // forward a value on from it.
1278     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1279       if (Address && !LI->isAtomic()) {
1280         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1281                                                       DepMI, DL);
1282         if (Offset != -1) {
1283           Res = AvailableValue::getMI(DepMI, Offset);
1284           return true;
1285         }
1286       }
1287     }
1288     // Nothing known about this clobber, have to be conservative
1289     DEBUG(
1290       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1291       dbgs() << "GVN: load ";
1292       LI->printAsOperand(dbgs());
1293       Instruction *I = DepInfo.getInst();
1294       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1295     );
1296     return false;
1297   }
1298   assert(DepInfo.isDef() && "follows from above");
1299
1300   Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1301
1302   // Loading the allocation -> undef.
1303   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1304       // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1305       isLifetimeStart(DepInst)) {
1306     Res = AvailableValue::get(UndefValue::get(LI->getType()));
1307     return true;
1308   }
1309
1310   // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
1311   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1312     Res = AvailableValue::get(Constant::getNullValue(LI->getType()));
1313     return true;
1314   }
1315
1316   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1317     // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1318     // different types if we have to. If the stored value is larger or equal to
1319     // the loaded value, we can reuse it.
1320     if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType() &&
1321         !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1322                                          LI->getType(), DL))
1323       return false;
1324
1325     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1326     if (S->isAtomic() < LI->isAtomic())
1327       return false;
1328
1329     Res = AvailableValue::get(S->getValueOperand());
1330     return true;
1331   }
1332
1333   if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1334     // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1335     // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can reuse
1336     // it.
1337     if (LD->getType() != LI->getType() &&
1338         !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(), DL))
1339       return false;
1340
1341     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1342     if (LD->isAtomic() < LI->isAtomic())
1343       return false;
1344
1345     Res = AvailableValue::getLoad(LD);
1346     return true;
1347   }
1348
1349   // Unknown def - must be conservative
1350   DEBUG(
1351     // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1352     dbgs() << "GVN: load ";
1353     LI->printAsOperand(dbgs());
1354     dbgs() << " has unknown def " << *DepInst << '\n';
1355   );
1356   return false;
1357 }
1358
1359 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps,
1360                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1361                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1362
1363   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1364   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1365   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1366   // that could potentially clobber the load).
1367   unsigned NumDeps = Deps.size();
1368   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1369     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1370     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1371
1372     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1373       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1374       // as the load in question.
1375       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1376       continue;
1377     }
1378
1379     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1380       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1381       continue;
1382     }
1383
1384     // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1385     // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1386     // to consider the right address.
1387     Value *Address = Deps[i].getAddress();
1388
1389     AvailableValue AV;
1390     if (AnalyzeLoadAvailability(LI, DepInfo, Address, AV)) {
1391       // subtlety: because we know this was a non-local dependency, we know
1392       // it's safe to materialize anywhere between the instruction within
1393       // DepInfo and the end of it's block.
1394       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1395                                                           std::move(AV)));
1396     } else {
1397       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1398     }
1399   }
1400
1401   assert(NumDeps == ValuesPerBlock.size() + UnavailableBlocks.size() &&
1402          "post condition violation");
1403 }
1404
1405 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1406                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1407   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1408   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1409   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1410   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1411   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1412   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1413   // the load, not inserting a new one).
1414
1415   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers(UnavailableBlocks.begin(),
1416                                         UnavailableBlocks.end());
1417
1418   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1419   // backwards through predecessors if needed.
1420   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1421   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1422
1423   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1424     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1425     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1426       return false;
1427     if (Blockers.count(TmpBB))
1428       return false;
1429
1430     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1431     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1432     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1433     // above this block would be adding the load to execution paths along
1434     // which it was not previously executed.
1435     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1436       return false;
1437   }
1438
1439   assert(TmpBB);
1440   LoadBB = TmpBB;
1441
1442   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1443   // available.
1444   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1445   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1446   for (const AvailableValueInBlock &AV : ValuesPerBlock)
1447     FullyAvailableBlocks[AV.BB] = true;
1448   for (BasicBlock *UnavailableBB : UnavailableBlocks)
1449     FullyAvailableBlocks[UnavailableBB] = false;
1450
1451   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1452   for (BasicBlock *Pred : predecessors(LoadBB)) {
1453     // If any predecessor block is an EH pad that does not allow non-PHI
1454     // instructions before the terminator, we can't PRE the load.
1455     if (Pred->getTerminator()->isEHPad()) {
1456       DEBUG(dbgs()
1457             << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF AN EH PAD PREDECESSOR '"
1458             << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1459       return false;
1460     }
1461
1462     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1463       continue;
1464     }
1465
1466     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1467       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1468         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1469               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1470         return false;
1471       }
1472
1473       if (LoadBB->isEHPad()) {
1474         DEBUG(dbgs()
1475               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF AN EH PAD CRITICAL EDGE '"
1476               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1477         return false;
1478       }
1479
1480       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1481     } else {
1482       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1483       PredLoads[Pred] = nullptr;
1484     }
1485   }
1486
1487   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1488   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1489   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1490          "Fully available value should already be eliminated!");
1491
1492   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1493   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1494   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1495   // that one block.
1496   if (NumUnavailablePreds != 1)
1497       return false;
1498
1499   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1500   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1501     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1502     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1503     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1504     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1505                  << LoadBB->getName() << '\n');
1506   }
1507
1508   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1509   bool CanDoPRE = true;
1510   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1511   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1512   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1513     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1514
1515     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1516     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1517
1518     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1519     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1520     // pointer if it is not available.
1521     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1522     Value *LoadPtr = nullptr;
1523     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1524                                                 *DT, NewInsts);
1525
1526     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1527     // we fail PRE.
1528     if (!LoadPtr) {
1529       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1530             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1531       CanDoPRE = false;
1532       break;
1533     }
1534
1535     PredLoad.second = LoadPtr;
1536   }
1537
1538   if (!CanDoPRE) {
1539     while (!NewInsts.empty()) {
1540       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1541       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1542       I->eraseFromParent();
1543     }
1544     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1545     // also need to split these critical edges.
1546     return !CriticalEdgePred.empty();
1547   }
1548
1549   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1550   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1551   // it.
1552   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1553   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1554           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1555                  << *NewInsts.back() << '\n');
1556
1557   // Assign value numbers to the new instructions.
1558   for (Instruction *I : NewInsts) {
1559     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1560     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1561     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1562     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1563     VN.lookupOrAdd(I);
1564   }
1565
1566   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1567     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1568     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1569
1570     auto *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre",
1571                                  LI->isVolatile(), LI->getAlignment(),
1572                                  LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1573                                  UnavailablePred->getTerminator());
1574
1575     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1576     AAMDNodes Tags;
1577     LI->getAAMetadata(Tags);
1578     if (Tags)
1579       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1580
1581     if (auto *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load))
1582       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load, MD);
1583     if (auto *InvGroupMD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group))
1584       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, InvGroupMD);
1585     if (auto *RangeMD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1586       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_range, RangeMD);
1587
1588     // Transfer DebugLoc.
1589     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1590
1591     // Add the newly created load.
1592     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1593                                                         NewLoad));
1594     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1595     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1596   }
1597
1598   // Perform PHI construction.
1599   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1600   LI->replaceAllUsesWith(V);
1601   if (isa<PHINode>(V))
1602     V->takeName(LI);
1603   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1604     I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1605   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1606     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1607   markInstructionForDeletion(LI);
1608   ++NumPRELoad;
1609   return true;
1610 }
1611
1612 /// Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1613 /// non-local by performing PHI construction.
1614 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1615   // non-local speculations are not allowed under asan.
1616   if (LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
1617     return false;
1618
1619   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1620   LoadDepVect Deps;
1621   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1622
1623   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1624   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1625   // it will be too expensive.
1626   unsigned NumDeps = Deps.size();
1627   if (NumDeps > 100)
1628     return false;
1629
1630   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1631   // clobber in the current block.  Reject this early.
1632   if (NumDeps == 1 &&
1633       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1634     DEBUG(
1635       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1636       LI->printAsOperand(dbgs());
1637       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1638     );
1639     return false;
1640   }
1641
1642   // If this load follows a GEP, see if we can PRE the indices before analyzing.
1643   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0))) {
1644     for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEP->idx_begin(),
1645                                         OE = GEP->idx_end();
1646          OI != OE; ++OI)
1647       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OI->get()))
1648         performScalarPRE(I);
1649   }
1650
1651   // Step 2: Analyze the availability of the load
1652   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1653   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1654   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1655
1656   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1657   // early.
1658   if (ValuesPerBlock.empty())
1659     return false;
1660
1661   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1662   //
1663   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1664   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1665   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1666   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1667     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1668
1669     // Perform PHI construction.
1670     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1671     LI->replaceAllUsesWith(V);
1672
1673     if (isa<PHINode>(V))
1674       V->takeName(LI);
1675     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1676       if (LI->getDebugLoc())
1677         I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1678     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1679       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1680     markInstructionForDeletion(LI);
1681     ++NumGVNLoad;
1682     return true;
1683   }
1684
1685   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1686   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1687     return false;
1688
1689   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1690 }
1691
1692 bool GVN::processAssumeIntrinsic(IntrinsicInst *IntrinsicI) {
1693   assert(IntrinsicI->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
1694          "This function can only be called with llvm.assume intrinsic");
1695   Value *V = IntrinsicI->getArgOperand(0);
1696
1697   if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1698     if (Cond->isZero()) {
1699       Type *Int8Ty = Type::getInt8Ty(V->getContext());
1700       // Insert a new store to null instruction before the load to indicate that
1701       // this code is not reachable.  FIXME: We could insert unreachable
1702       // instruction directly because we can modify the CFG.
1703       new StoreInst(UndefValue::get(Int8Ty),
1704                     Constant::getNullValue(Int8Ty->getPointerTo()),
1705                     IntrinsicI);
1706     }
1707     markInstructionForDeletion(IntrinsicI);
1708     return false;
1709   }
1710
1711   Constant *True = ConstantInt::getTrue(V->getContext());
1712   bool Changed = false;
1713
1714   for (BasicBlock *Successor : successors(IntrinsicI->getParent())) {
1715     BasicBlockEdge Edge(IntrinsicI->getParent(), Successor);
1716
1717     // This property is only true in dominated successors, propagateEquality
1718     // will check dominance for us.
1719     Changed |= propagateEquality(V, True, Edge, false);
1720   }
1721
1722   // We can replace assume value with true, which covers cases like this:
1723   // call void @llvm.assume(i1 %cmp)
1724   // br i1 %cmp, label %bb1, label %bb2 ; will change %cmp to true
1725   ReplaceWithConstMap[V] = True;
1726
1727   // If one of *cmp *eq operand is const, adding it to map will cover this:
1728   // %cmp = fcmp oeq float 3.000000e+00, %0 ; const on lhs could happen
1729   // call void @llvm.assume(i1 %cmp)
1730   // ret float %0 ; will change it to ret float 3.000000e+00
1731   if (auto *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(V)) {
1732     if (CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::ICMP_EQ ||
1733         CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::FCMP_OEQ ||
1734         (CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::FCMP_UEQ &&
1735          CmpI->getFastMathFlags().noNaNs())) {
1736       Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
1737       Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
1738       if (isa<Constant>(CmpLHS))
1739         std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
1740       auto *RHSConst = dyn_cast<Constant>(CmpRHS);
1741
1742       // If only one operand is constant.
1743       if (RHSConst != nullptr && !isa<Constant>(CmpLHS))
1744         ReplaceWithConstMap[CmpLHS] = RHSConst;
1745     }
1746   }
1747   return Changed;
1748 }
1749
1750 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1751   auto *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl);
1752   if (!ReplInst)
1753     return;
1754
1755   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1756   // being replaced.
1757   ReplInst->andIRFlags(I);
1758
1759   // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
1760   // same control-flow region (meaning that the execution of one
1761   // guarantees the execution of the other), then we can combine the
1762   // noalias scopes here and do better than the general conservative
1763   // answer used in combineMetadata().
1764
1765   // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
1766   // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
1767   // scopes.
1768   static const unsigned KnownIDs[] = {
1769       LLVMContext::MD_tbaa,           LLVMContext::MD_alias_scope,
1770       LLVMContext::MD_noalias,        LLVMContext::MD_range,
1771       LLVMContext::MD_fpmath,         LLVMContext::MD_invariant_load,
1772       LLVMContext::MD_invariant_group};
1773   combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
1774 }
1775
1776 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1777   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1778   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1779 }
1780
1781 /// Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1782 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1783 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1784   if (!MD)
1785     return false;
1786
1787   // This code hasn't been audited for ordered or volatile memory access
1788   if (!L->isUnordered())
1789     return false;
1790
1791   if (L->use_empty()) {
1792     markInstructionForDeletion(L);
1793     return true;
1794   }
1795
1796   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1797   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1798
1799   // If it is defined in another block, try harder.
1800   if (Dep.isNonLocal())
1801     return processNonLocalLoad(L);
1802
1803   // Only handle the local case below
1804   if (!Dep.isDef() && !Dep.isClobber()) {
1805     // This might be a NonFuncLocal or an Unknown
1806     DEBUG(
1807       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1808       dbgs() << "GVN: load ";
1809       L->printAsOperand(dbgs());
1810       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1811     );
1812     return false;
1813   }
1814
1815   AvailableValue AV;
1816   if (AnalyzeLoadAvailability(L, Dep, L->getPointerOperand(), AV)) {
1817     Value *AvailableValue = AV.MaterializeAdjustedValue(L, L, *this);
1818
1819     // Replace the load!
1820     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableValue);
1821     markInstructionForDeletion(L);
1822     ++NumGVNLoad;
1823     // Tell MDA to rexamine the reused pointer since we might have more
1824     // information after forwarding it.
1825     if (MD && AvailableValue->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1826       MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailableValue);
1827     return true;
1828   }
1829
1830   return false;
1831 }
1832
1833 // In order to find a leader for a given value number at a
1834 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
1835 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
1836 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
1837 // a few comparisons of DFS numbers.
1838 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1839   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
1840   if (!Vals.Val) return nullptr;
1841
1842   Value *Val = nullptr;
1843   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
1844     Val = Vals.Val;
1845     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
1846   }
1847
1848   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
1849   while (Next) {
1850     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
1851       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
1852       if (!Val) Val = Next->Val;
1853     }
1854
1855     Next = Next->Next;
1856   }
1857
1858   return Val;
1859 }
1860
1861 /// There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
1862 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
1863 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
1864 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
1865                                        DominatorTree *DT) {
1866   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
1867   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
1868   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
1869   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
1870   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
1871   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
1872   assert((!Pred || Pred == E.getStart()) &&
1873          "No edge between these basic blocks!");
1874   return Pred != nullptr;
1875 }
1876
1877 // Tries to replace instruction with const, using information from
1878 // ReplaceWithConstMap.
1879 bool GVN::replaceOperandsWithConsts(Instruction *Instr) const {
1880   bool Changed = false;
1881   for (unsigned OpNum = 0; OpNum < Instr->getNumOperands(); ++OpNum) {
1882     Value *Operand = Instr->getOperand(OpNum);
1883     auto it = ReplaceWithConstMap.find(Operand);
1884     if (it != ReplaceWithConstMap.end()) {
1885       assert(!isa<Constant>(Operand) &&
1886              "Replacing constants with constants is invalid");
1887       DEBUG(dbgs() << "GVN replacing: " << *Operand << " with " << *it->second
1888                    << " in instruction " << *Instr << '\n');
1889       Instr->setOperand(OpNum, it->second);
1890       Changed = true;
1891     }
1892   }
1893   return Changed;
1894 }
1895
1896 /// The given values are known to be equal in every block
1897 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
1898 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
1899 /// If DominatesByEdge is false, then it means that we will propagate the RHS
1900 /// value starting from the end of Root.Start.
1901 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root,
1902                             bool DominatesByEdge) {
1903   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
1904   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
1905   bool Changed = false;
1906   // For speed, compute a conservative fast approximation to
1907   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
1908   const bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
1909
1910   while (!Worklist.empty()) {
1911     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
1912     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
1913
1914     if (LHS == RHS)
1915       continue;
1916     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
1917
1918     // Don't try to propagate equalities between constants.
1919     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS))
1920       continue;
1921
1922     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
1923     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
1924       std::swap(LHS, RHS);
1925     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
1926
1927     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the
1928     // right-hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side,
1929     // so the shortest lived term will be replaced by the longest lived.
1930     // This tends to expose more simplifications.
1931     uint32_t LVN = VN.lookupOrAdd(LHS);
1932     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
1933         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
1934       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number
1935       // as a proxy for age.
1936       uint32_t RVN = VN.lookupOrAdd(RHS);
1937       if (LVN < RVN) {
1938         std::swap(LHS, RHS);
1939         LVN = RVN;
1940       }
1941     }
1942
1943     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
1944     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
1945     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
1946     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
1947     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
1948     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
1949     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
1950     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
1951     // have the simple case where the edge dominates the end.
1952     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
1953       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
1954
1955     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
1956     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
1957     // never do anything if LHS has only one use.
1958     if (!LHS->hasOneUse()) {
1959       unsigned NumReplacements =
1960           DominatesByEdge
1961               ? replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root)
1962               : replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root.getStart());
1963
1964       Changed |= NumReplacements > 0;
1965       NumGVNEqProp += NumReplacements;
1966     }
1967
1968     // Now try to deduce additional equalities from this one. For example, if
1969     // the known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B
1970     // are equal in the scope. Only boolean equalities with an explicit true or
1971     // false RHS are currently supported.
1972     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
1973       // Not a boolean equality - bail out.
1974       continue;
1975     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
1976     if (!CI)
1977       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
1978       continue;
1979     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
1980     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
1981     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
1982
1983     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
1984     // is known false then both A and B are known false.
1985     Value *A, *B;
1986     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
1987         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
1988       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
1989       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
1990       continue;
1991     }
1992
1993     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
1994     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
1995     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
1996     if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(LHS)) {
1997       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
1998
1999       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2000       // A with B everywhere in the scope.
2001       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2002           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2003         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2004
2005       // Handle the floating point versions of equality comparisons too.
2006       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
2007           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_UNE)) {
2008
2009         // Floating point -0.0 and 0.0 compare equal, so we can only
2010         // propagate values if we know that we have a constant and that
2011         // its value is non-zero.
2012
2013         // FIXME: We should do this optimization if 'no signed zeros' is
2014         // applicable via an instruction-level fast-math-flag or some other
2015         // indicator that relaxed FP semantics are being used.
2016
2017         if (isa<ConstantFP>(Op1) && !cast<ConstantFP>(Op1)->isZero())
2018           Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2019       }
2020
2021       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2022       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2023       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2024       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work
2025       // out the value number that it would have and use that to find an
2026       // appropriate instruction (if any).
2027       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2028       uint32_t Num = VN.lookupOrAddCmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2029       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2030       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2031       if (Num < NextNum) {
2032         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2033         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2034           unsigned NumReplacements =
2035               DominatesByEdge
2036                   ? replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT, Root)
2037                   : replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT,
2038                                              Root.getStart());
2039           Changed |= NumReplacements > 0;
2040           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2041         }
2042       }
2043       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2044       // is replaced with false.
2045       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2046       // have the simple case where the edge dominates the end.
2047       if (RootDominatesEnd)
2048         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2049
2050       continue;
2051     }
2052   }
2053
2054   return Changed;
2055 }
2056
2057 /// When calculating availability, handle an instruction
2058 /// by inserting it into the appropriate sets
2059 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2060   // Ignore dbg info intrinsics.
2061   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2062     return false;
2063
2064   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2065   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2066   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2067   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2068   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
2069   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL, TLI, DT, AC)) {
2070     bool Changed = false;
2071     if (!I->use_empty()) {
2072       I->replaceAllUsesWith(V);
2073       Changed = true;
2074     }
2075     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2076       markInstructionForDeletion(I);
2077       Changed = true;
2078     }
2079     if (Changed) {
2080       if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2081         MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2082       ++NumGVNSimpl;
2083       return true;
2084     }
2085   }
2086
2087   if (IntrinsicInst *IntrinsicI = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2088     if (IntrinsicI->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
2089       return processAssumeIntrinsic(IntrinsicI);
2090
2091   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2092     if (processLoad(LI))
2093       return true;
2094
2095     unsigned Num = VN.lookupOrAdd(LI);
2096     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2097     return false;
2098   }
2099
2100   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2101   // the condition value itself.
2102   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2103     if (!BI->isConditional())
2104       return false;
2105
2106     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
2107       return processFoldableCondBr(BI);
2108
2109     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2110     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2111     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2112     // Avoid multiple edges early.
2113     if (TrueSucc == FalseSucc)
2114       return false;
2115
2116     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2117     bool Changed = false;
2118
2119     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2120     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2121     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE, true);
2122
2123     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2124     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2125     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE, true);
2126
2127     return Changed;
2128   }
2129
2130   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2131   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2132     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2133     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2134     bool Changed = false;
2135
2136     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2137     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2138     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2139       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2140
2141     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2142          i != e; ++i) {
2143       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2144       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2145       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2146         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2147         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E, true);
2148       }
2149     }
2150     return Changed;
2151   }
2152
2153   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2154   // no point in trying to find redundancies in them.
2155   if (I->getType()->isVoidTy())
2156     return false;
2157
2158   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2159   unsigned Num = VN.lookupOrAdd(I);
2160
2161   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2162   // by fast failing them.
2163   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2164     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2165     return false;
2166   }
2167
2168   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2169   // need to do a lookup to see if the number already exists
2170   // somewhere in the domtree: it can't!
2171   if (Num >= NextNum) {
2172     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2173     return false;
2174   }
2175
2176   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2177   // dominators.
2178   Value *Repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2179   if (!Repl) {
2180     // Failure, just remember this instance for future use.
2181     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2182     return false;
2183   } else if (Repl == I) {
2184     // If I was the result of a shortcut PRE, it might already be in the table
2185     // and the best replacement for itself. Nothing to do.
2186     return false;
2187   }
2188
2189   // Remove it!
2190   patchAndReplaceAllUsesWith(I, Repl);
2191   if (MD && Repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2192     MD->invalidateCachedPointerInfo(Repl);
2193   markInstructionForDeletion(I);
2194   return true;
2195 }
2196
2197 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2198 bool GVN::runImpl(Function &F, AssumptionCache &RunAC, DominatorTree &RunDT,
2199                   const TargetLibraryInfo &RunTLI, AAResults &RunAA,
2200                   MemoryDependenceResults *RunMD) {
2201   AC = &RunAC;
2202   DT = &RunDT;
2203   VN.setDomTree(DT);
2204   TLI = &RunTLI;
2205   VN.setAliasAnalysis(&RunAA);
2206   MD = RunMD;
2207   VN.setMemDep(MD);
2208
2209   bool Changed = false;
2210   bool ShouldContinue = true;
2211
2212   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2213   // optimization opportunities.
2214   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2215     BasicBlock *BB = &*FI++;
2216
2217     bool removedBlock =
2218         MergeBlockIntoPredecessor(BB, DT, /* LoopInfo */ nullptr, MD);
2219     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2220
2221     Changed |= removedBlock;
2222   }
2223
2224   unsigned Iteration = 0;
2225   while (ShouldContinue) {
2226     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2227     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2228     Changed |= ShouldContinue;
2229     ++Iteration;
2230   }
2231
2232   if (EnablePRE) {
2233     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2234     // performPRE().
2235     assignValNumForDeadCode();
2236     bool PREChanged = true;
2237     while (PREChanged) {
2238       PREChanged = performPRE(F);
2239       Changed |= PREChanged;
2240     }
2241   }
2242
2243   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2244   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2245   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2246   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2247
2248   cleanupGlobalSets();
2249   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2250   // iteration.
2251   DeadBlocks.clear();
2252
2253   return Changed;
2254 }
2255
2256 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2257   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2258   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2259   assert(InstrsToErase.empty() &&
2260          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2261   if (DeadBlocks.count(BB))
2262     return false;
2263
2264   // Clearing map before every BB because it can be used only for single BB.
2265   ReplaceWithConstMap.clear();
2266   bool ChangedFunction = false;
2267
2268   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2269        BI != BE;) {
2270     if (!ReplaceWithConstMap.empty())
2271       ChangedFunction |= replaceOperandsWithConsts(&*BI);
2272     ChangedFunction |= processInstruction(&*BI);
2273
2274     if (InstrsToErase.empty()) {
2275       ++BI;
2276       continue;
2277     }
2278
2279     // If we need some instructions deleted, do it now.
2280     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2281
2282     // Avoid iterator invalidation.
2283     bool AtStart = BI == BB->begin();
2284     if (!AtStart)
2285       --BI;
2286
2287     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2288          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2289       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2290       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2291       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2292       (*I)->eraseFromParent();
2293     }
2294     InstrsToErase.clear();
2295
2296     if (AtStart)
2297       BI = BB->begin();
2298     else
2299       ++BI;
2300   }
2301
2302   return ChangedFunction;
2303 }
2304
2305 // Instantiate an expression in a predecessor that lacked it.
2306 bool GVN::performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
2307                                     unsigned int ValNo) {
2308   // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2309   // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2310   // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2311   // in this loop.
2312   bool success = true;
2313   for (unsigned i = 0, e = Instr->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2314     Value *Op = Instr->getOperand(i);
2315     if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2316       continue;
2317     // This could be a newly inserted instruction, in which case, we won't
2318     // find a value number, and should give up before we hurt ourselves.
2319     // FIXME: Rewrite the infrastructure to let it easier to value number
2320     // and process newly inserted instructions.
2321     if (!VN.exists(Op)) {
2322       success = false;
2323       break;
2324     }
2325     if (Value *V = findLeader(Pred, VN.lookup(Op))) {
2326       Instr->setOperand(i, V);
2327     } else {
2328       success = false;
2329       break;
2330     }
2331   }
2332
2333   // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2334   // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2335   // are not value numbered precisely.
2336   if (!success)
2337     return false;
2338
2339   Instr->insertBefore(Pred->getTerminator());
2340   Instr->setName(Instr->getName() + ".pre");
2341   Instr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
2342   VN.add(Instr, ValNo);
2343
2344   // Update the availability map to include the new instruction.
2345   addToLeaderTable(ValNo, Instr, Pred);
2346   return true;
2347 }
2348
2349 bool GVN::performScalarPRE(Instruction *CurInst) {
2350   if (isa<AllocaInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
2351       isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2352       CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2353       isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2354     return false;
2355
2356   // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2357   // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2358   // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2359   // purpose register.
2360   if (isa<CmpInst>(CurInst))
2361     return false;
2362
2363   // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2364   if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2365     if (CallI->isInlineAsm())
2366       return false;
2367
2368   uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2369
2370   // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2371   // only trying to solve the basic diamond case, where
2372   // a value is computed in the successor and one predecessor,
2373   // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2374   // where the successor is its own predecessor, because they're
2375   // more complicated to get right.
2376   unsigned NumWith = 0;
2377   unsigned NumWithout = 0;
2378   BasicBlock *PREPred = nullptr;
2379   BasicBlock *CurrentBlock = CurInst->getParent();
2380
2381   SmallVector<std::pair<Value *, BasicBlock *>, 8> predMap;
2382   for (BasicBlock *P : predecessors(CurrentBlock)) {
2383     // We're not interested in PRE where the block is its
2384     // own predecessor, or in blocks with predecessors
2385     // that are not reachable.
2386     if (P == CurrentBlock) {
2387       NumWithout = 2;
2388       break;
2389     } else if (!DT->isReachableFromEntry(P)) {
2390       NumWithout = 2;
2391       break;
2392     }
2393
2394     Value *predV = findLeader(P, ValNo);
2395     if (!predV) {
2396       predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2397       PREPred = P;
2398       ++NumWithout;
2399     } else if (predV == CurInst) {
2400       /* CurInst dominates this predecessor. */
2401       NumWithout = 2;
2402       break;
2403     } else {
2404       predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2405       ++NumWith;
2406     }
2407   }
2408
2409   // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2410   // we would need to insert instructions in more than one pred.
2411   if (NumWithout > 1 || NumWith == 0)
2412     return false;
2413
2414   // We may have a case where all predecessors have the instruction,
2415   // and we just need to insert a phi node. Otherwise, perform
2416   // insertion.
2417   Instruction *PREInstr = nullptr;
2418
2419   if (NumWithout != 0) {
2420     // Don't do PRE across indirect branch.
2421     if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2422       return false;
2423
2424     // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2425     // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2426     // on the function.
2427     unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2428     if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2429       toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2430       return false;
2431     }
2432     // We need to insert somewhere, so let's give it a shot
2433     PREInstr = CurInst->clone();
2434     if (!performScalarPREInsertion(PREInstr, PREPred, ValNo)) {
2435       // If we failed insertion, make sure we remove the instruction.
2436       DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2437       delete PREInstr;
2438       return false;
2439     }
2440   }
2441
2442   // Either we should have filled in the PRE instruction, or we should
2443   // not have needed insertions.
2444   assert (PREInstr != nullptr || NumWithout == 0);
2445
2446   ++NumGVNPRE;
2447
2448   // Create a PHI to make the value available in this block.
2449   PHINode *Phi =
2450       PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2451                       CurInst->getName() + ".pre-phi", &CurrentBlock->front());
2452   for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2453     if (Value *V = predMap[i].first)
2454       Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2455     else
2456       Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2457   }
2458
2459   VN.add(Phi, ValNo);
2460   addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2461   Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2462   CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2463   if (MD && Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2464     MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2465   VN.erase(CurInst);
2466   removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2467
2468   DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2469   if (MD)
2470     MD->removeInstruction(CurInst);
2471   DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2472   CurInst->eraseFromParent();
2473   ++NumGVNInstr;
2474
2475   return true;
2476 }
2477
2478 /// Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2479 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2480 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2481   bool Changed = false;
2482   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2483     // Nothing to PRE in the entry block.
2484     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock())
2485       continue;
2486
2487     // Don't perform PRE on an EH pad.
2488     if (CurrentBlock->isEHPad())
2489       continue;
2490
2491     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2492                               BE = CurrentBlock->end();
2493          BI != BE;) {
2494       Instruction *CurInst = &*BI++;
2495       Changed |= performScalarPRE(CurInst);
2496     }
2497   }
2498
2499   if (splitCriticalEdges())
2500     Changed = true;
2501
2502   return Changed;
2503 }
2504
2505 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2506 /// the block inserted to the critical edge.
2507 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2508   BasicBlock *BB =
2509       SplitCriticalEdge(Pred, Succ, CriticalEdgeSplittingOptions(DT));
2510   if (MD)
2511     MD->invalidateCachedPredecessors();
2512   return BB;
2513 }
2514
2515 /// Split critical edges found during the previous
2516 /// iteration that may enable further optimization.
2517 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2518   if (toSplit.empty())
2519     return false;
2520   do {
2521     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2522     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second,
2523                       CriticalEdgeSplittingOptions(DT));
2524   } while (!toSplit.empty());
2525   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2526   return true;
2527 }
2528
2529 /// Executes one iteration of GVN
2530 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2531   cleanupGlobalSets();
2532
2533   // Top-down walk of the dominator tree
2534   bool Changed = false;
2535   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2536   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2537   //
2538   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2539   BBVect.reserve(256);
2540   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2541   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2542   for (ReversePostOrderTraversal<Function *>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2543                                                            RE = RPOT.end();
2544        RI != RE; ++RI)
2545     BBVect.push_back(*RI);
2546
2547   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2548        I != E; I++)
2549     Changed |= processBlock(*I);
2550
2551   return Changed;
2552 }
2553
2554 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2555   VN.clear();
2556   LeaderTable.clear();
2557   TableAllocator.Reset();
2558 }
2559
2560 /// Verify that the specified instruction does not occur in our
2561 /// internal data structures.
2562 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2563   VN.verifyRemoved(Inst);
2564
2565   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2566   // ferreted away in it.
2567   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2568        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2569     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2570     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2571
2572     while (Node->Next) {
2573       Node = Node->Next;
2574       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2575     }
2576   }
2577 }
2578
2579 /// BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2580 /// function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2581 /// live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2582 /// corresponding to dead blocks with UndefVal.
2583 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2584   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2585   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2586
2587   NewDead.push_back(BB);
2588   while (!NewDead.empty()) {
2589     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2590     if (DeadBlocks.count(D))
2591       continue;
2592
2593     // All blocks dominated by D are dead.
2594     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2595     DT->getDescendants(D, Dom);
2596     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2597
2598     // Figure out the dominance-frontier(D).
2599     for (BasicBlock *B : Dom) {
2600       for (BasicBlock *S : successors(B)) {
2601         if (DeadBlocks.count(S))
2602           continue;
2603
2604         bool AllPredDead = true;
2605         for (BasicBlock *P : predecessors(S))
2606           if (!DeadBlocks.count(P)) {
2607             AllPredDead = false;
2608             break;
2609           }
2610
2611         if (!AllPredDead) {
2612           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2613           // operands at this moment.
2614           DF.insert(S);
2615         } else {
2616           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2617           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2618           // dead.
2619           NewDead.push_back(S);
2620         }
2621       }
2622     }
2623   }
2624
2625   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2626   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2627   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2628         I != E; I++) {
2629     BasicBlock *B = *I;
2630     if (DeadBlocks.count(B))
2631       continue;
2632
2633     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2634     for (BasicBlock *P : Preds) {
2635       if (!DeadBlocks.count(P))
2636         continue;
2637
2638       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2639         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2640           DeadBlocks.insert(P = S);
2641       }
2642
2643       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2644         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2645         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2646                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2647       }
2648     }
2649   }
2650 }
2651
2652 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2653 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2654 // transformation.
2655 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let
2656 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2657 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2658 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2659 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead predecessor. The
2660 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2661 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to
2662 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2663 //
2664 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2665 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2666   if (!BI || BI->isUnconditional())
2667     return false;
2668
2669   // If a branch has two identical successors, we cannot declare either dead.
2670   if (BI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2671     return false;
2672
2673   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2674   if (!Cond)
2675     return false;
2676
2677   BasicBlock *DeadRoot =
2678       Cond->getZExtValue() ? BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2679   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2680     return false;
2681
2682   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2683     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2684
2685   addDeadBlock(DeadRoot);
2686   return true;
2687 }
2688
2689 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2690 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2691 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2692 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2693 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2694   for (BasicBlock *BB : DeadBlocks) {
2695     for (Instruction &Inst : *BB) {
2696       unsigned ValNum = VN.lookupOrAdd(&Inst);
2697       addToLeaderTable(ValNum, &Inst, BB);
2698     }
2699   }
2700 }
2701
2702 class llvm::gvn::GVNLegacyPass : public FunctionPass {
2703 public:
2704   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2705   explicit GVNLegacyPass(bool NoLoads = false)
2706       : FunctionPass(ID), NoLoads(NoLoads) {
2707     initializeGVNLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2708   }
2709
2710   bool runOnFunction(Function &F) override {
2711     if (skipFunction(F))
2712       return false;
2713
2714     return Impl.runImpl(
2715         F, getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F),
2716         getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
2717         getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
2718         getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
2719         NoLoads ? nullptr
2720                 : &getAnalysis<MemoryDependenceWrapperPass>().getMemDep());
2721   }
2722
2723   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2724     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2725     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2726     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2727     if (!NoLoads)
2728       AU.addRequired<MemoryDependenceWrapperPass>();
2729     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2730
2731     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2732     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2733   }
2734
2735 private:
2736   bool NoLoads;
2737   GVN Impl;
2738 };
2739
2740 char GVNLegacyPass::ID = 0;
2741
2742 // The public interface to this file...
2743 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
2744   return new GVNLegacyPass(NoLoads);
2745 }
2746
2747 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVNLegacyPass, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
2748 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
2749 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceWrapperPass)
2750 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
2751 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
2752 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
2753 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
2754 INITIALIZE_PASS_END(GVNLegacyPass, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)