]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/JumpThreading.cpp
Merge compiler-rt trunk r291476.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
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 file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Scalar/JumpThreading.h"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
21 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
22 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfoImpl.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
25 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
30 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Metadata.h"
33 #include "llvm/Pass.h"
34 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
38 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <memory>
42 using namespace llvm;
43 using namespace jumpthreading;
44
45 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
46
47 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
48 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
49 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
50
51 static cl::opt<unsigned>
52 BBDuplicateThreshold("jump-threading-threshold",
53           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
54           cl::init(6), cl::Hidden);
55
56 static cl::opt<unsigned>
57 ImplicationSearchThreshold(
58   "jump-threading-implication-search-threshold",
59   cl::desc("The number of predecessors to search for a stronger "
60            "condition to use to thread over a weaker condition"),
61   cl::init(3), cl::Hidden);
62
63 namespace {
64   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
65   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
66   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
67   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
68   /// duplicating the contents of this block.
69   ///
70   /// An example of when this can occur is code like this:
71   ///
72   ///   if () { ...
73   ///     X = 4;
74   ///   }
75   ///   if (X < 3) {
76   ///
77   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
78   /// revectored to the false side of the second if.
79   ///
80   class JumpThreading : public FunctionPass {
81     JumpThreadingPass Impl;
82
83   public:
84     static char ID; // Pass identification
85     JumpThreading(int T = -1) : FunctionPass(ID), Impl(T) {
86       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
87     }
88
89     bool runOnFunction(Function &F) override;
90
91     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
92       AU.addRequired<LazyValueInfoWrapperPass>();
93       AU.addPreserved<LazyValueInfoWrapperPass>();
94       AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
95       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
96     }
97
98     void releaseMemory() override { Impl.releaseMemory(); }
99   };
100 }
101
102 char JumpThreading::ID = 0;
103 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
104                 "Jump Threading", false, false)
105 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfoWrapperPass)
106 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
107 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
108                 "Jump Threading", false, false)
109
110 // Public interface to the Jump Threading pass
111 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass(int Threshold) { return new JumpThreading(Threshold); }
112
113 JumpThreadingPass::JumpThreadingPass(int T) {
114   BBDupThreshold = (T == -1) ? BBDuplicateThreshold : unsigned(T);
115 }
116
117 /// runOnFunction - Top level algorithm.
118 ///
119 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
120   if (skipFunction(F))
121     return false;
122   auto TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
123   auto LVI = &getAnalysis<LazyValueInfoWrapperPass>().getLVI();
124   std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
125   std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
126   bool HasProfileData = F.getEntryCount().hasValue();
127   if (HasProfileData) {
128     LoopInfo LI{DominatorTree(F)};
129     BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, LI));
130     BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, LI));
131   }
132   return Impl.runImpl(F, TLI, LVI, HasProfileData, std::move(BFI),
133                       std::move(BPI));
134 }
135
136 PreservedAnalyses JumpThreadingPass::run(Function &F,
137                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
138
139   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
140   auto &LVI = AM.getResult<LazyValueAnalysis>(F);
141   std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
142   std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
143   bool HasProfileData = F.getEntryCount().hasValue();
144   if (HasProfileData) {
145     LoopInfo LI{DominatorTree(F)};
146     BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, LI));
147     BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, LI));
148   }
149   bool Changed =
150       runImpl(F, &TLI, &LVI, HasProfileData, std::move(BFI), std::move(BPI));
151
152   // FIXME: We need to invalidate LVI to avoid PR28400. Is there a better
153   // solution?
154   AM.invalidate<LazyValueAnalysis>(F);
155
156   if (!Changed)
157     return PreservedAnalyses::all();
158   PreservedAnalyses PA;
159   PA.preserve<GlobalsAA>();
160   return PA;
161 }
162
163 bool JumpThreadingPass::runImpl(Function &F, TargetLibraryInfo *TLI_,
164                                 LazyValueInfo *LVI_, bool HasProfileData_,
165                                 std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI_,
166                                 std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI_) {
167
168   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
169   TLI = TLI_;
170   LVI = LVI_;
171   BFI.reset();
172   BPI.reset();
173   // When profile data is available, we need to update edge weights after
174   // successful jump threading, which requires both BPI and BFI being available.
175   HasProfileData = HasProfileData_;
176   if (HasProfileData) {
177     BPI = std::move(BPI_);
178     BFI = std::move(BFI_);
179   }
180
181   // Remove unreachable blocks from function as they may result in infinite
182   // loop. We do threading if we found something profitable. Jump threading a
183   // branch can create other opportunities. If these opportunities form a cycle
184   // i.e. if any jump threading is undoing previous threading in the path, then
185   // we will loop forever. We take care of this issue by not jump threading for
186   // back edges. This works for normal cases but not for unreachable blocks as
187   // they may have cycle with no back edge.
188   bool EverChanged = false;
189   EverChanged |= removeUnreachableBlocks(F, LVI);
190
191   FindLoopHeaders(F);
192
193   bool Changed;
194   do {
195     Changed = false;
196     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
197       BasicBlock *BB = &*I;
198       // Thread all of the branches we can over this block.
199       while (ProcessBlock(BB))
200         Changed = true;
201
202       ++I;
203
204       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
205       // edges which simplifies the CFG.
206       if (pred_empty(BB) &&
207           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
208         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
209               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
210         LoopHeaders.erase(BB);
211         LVI->eraseBlock(BB);
212         DeleteDeadBlock(BB);
213         Changed = true;
214         continue;
215       }
216
217       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
218
219       // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
220       // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
221       // this dead.
222       // We should not eliminate the loop header either, because eliminating
223       // a loop header might later prevent LoopSimplify from transforming nested
224       // loops into simplified form.
225       if (BI && BI->isUnconditional() &&
226           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
227           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
228           BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator() && !LoopHeaders.count(BB)) {
229         // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
230         // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
231         // reinsert afterward if needed.
232         bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
233         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
234
235         // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
236         // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
237         // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
238         // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
239         LVI->eraseBlock(BB);
240         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
241           Changed = true;
242           // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
243           // successor is now the header of the loop.
244           BB = Succ;
245         }
246
247         if (ErasedFromLoopHeaders)
248           LoopHeaders.insert(BB);
249       }
250     }
251     EverChanged |= Changed;
252   } while (Changed);
253
254   LoopHeaders.clear();
255   return EverChanged;
256 }
257
258 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
259 /// thread across it. Stop scanning the block when passing the threshold.
260 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB,
261                                              unsigned Threshold) {
262   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
263   BasicBlock::const_iterator I(BB->getFirstNonPHI());
264
265   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
266   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
267
268   unsigned Bonus = 0;
269   const TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
270   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
271   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
272   if (isa<SwitchInst>(BBTerm))
273     Bonus = 6;
274
275   // The same holds for indirect branches, but slightly more so.
276   if (isa<IndirectBrInst>(BBTerm))
277     Bonus = 8;
278
279   // Bump the threshold up so the early exit from the loop doesn't skip the
280   // terminator-based Size adjustment at the end.
281   Threshold += Bonus;
282
283   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
284   // include the terminator because the copy won't include it.
285   unsigned Size = 0;
286   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
287
288     // Stop scanning the block if we've reached the threshold.
289     if (Size > Threshold)
290       return Size;
291
292     // Debugger intrinsics don't incur code size.
293     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
294
295     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
296     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
297       continue;
298
299     // Bail out if this instruction gives back a token type, it is not possible
300     // to duplicate it if it is used outside this BB.
301     if (I->getType()->isTokenTy() && I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
302       return ~0U;
303
304     // All other instructions count for at least one unit.
305     ++Size;
306
307     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
308     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
309     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
310     // them as having cost 1.
311     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
312       if (CI->cannotDuplicate() || CI->isConvergent())
313         // Blocks with NoDuplicate are modelled as having infinite cost, so they
314         // are never duplicated.
315         return ~0U;
316       else if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
317         Size += 3;
318       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
319         Size += 1;
320     }
321   }
322
323   return Size > Bonus ? Size - Bonus : 0;
324 }
325
326 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
327 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
328 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
329 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
330 /// by finding targets of backedges in the CFG.
331 ///
332 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
333 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
334 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
335 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
336 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
337 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
338 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
339 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
340 ///
341 void JumpThreadingPass::FindLoopHeaders(Function &F) {
342   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
343   FindFunctionBackedges(F, Edges);
344
345   for (const auto &Edge : Edges)
346     LoopHeaders.insert(Edge.second);
347 }
348
349 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
350 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
351 /// use for that. What kind of value this is depends on whether we want an
352 /// integer or a block address, but an undef is always accepted.
353 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
354 static Constant *getKnownConstant(Value *Val, ConstantPreference Preference) {
355   if (!Val)
356     return nullptr;
357
358   // Undef is "known" enough.
359   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
360     return U;
361
362   if (Preference == WantBlockAddress)
363     return dyn_cast<BlockAddress>(Val->stripPointerCasts());
364
365   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
366 }
367
368 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
369 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt/BlockAddress or undef
370 /// in any of our predecessors.  If so, return the known list of value and pred
371 /// BB in the result vector.
372 ///
373 /// This returns true if there were any known values.
374 ///
375 bool JumpThreadingPass::ComputeValueKnownInPredecessors(
376     Value *V, BasicBlock *BB, PredValueInfo &Result,
377     ConstantPreference Preference, Instruction *CxtI) {
378   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
379   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
380   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
381   // and terminate the search if we loop back to them
382   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
383     return false;
384
385   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
386   // stack pops back out again.
387   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
388
389   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
390   if (Constant *KC = getKnownConstant(V, Preference)) {
391     for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB))
392       Result.push_back(std::make_pair(KC, Pred));
393
394     return !Result.empty();
395   }
396
397   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
398   // then it can't be derived from a PHI.
399   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
400   if (!I || I->getParent() != BB) {
401
402     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
403     // of any of our predecessors.
404     //
405     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
406     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
407     /// predecessor based on its terminator.
408     //
409     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
410     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
411     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
412     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
413     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
414
415     for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
416       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
417       // predecessor, use that information to try to thread this block.
418       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB, CxtI);
419       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst, Preference))
420         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
421     }
422
423     return !Result.empty();
424   }
425
426   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
427   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
428     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
429       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
430       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal, Preference)) {
431         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
432       } else {
433         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
434                                               PN->getIncomingBlock(i),
435                                               BB, CxtI);
436         if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference))
437           Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
438       }
439     }
440
441     return !Result.empty();
442   }
443
444   // Handle Cast instructions.  Only see through Cast when the source operand is
445   // PHI or Cmp and the source type is i1 to save the compilation time.
446   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
447     Value *Source = CI->getOperand(0);
448     if (!Source->getType()->isIntegerTy(1))
449       return false;
450     if (!isa<PHINode>(Source) && !isa<CmpInst>(Source))
451       return false;
452     ComputeValueKnownInPredecessors(Source, BB, Result, Preference, CxtI);
453     if (Result.empty())
454       return false;
455
456     // Convert the known values.
457     for (auto &R : Result)
458       R.first = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), R.first, CI->getType());
459
460     return true;
461   }
462
463   PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
464
465   // Handle some boolean conditions.
466   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
467     assert(Preference == WantInteger && "One-bit non-integer type?");
468     // X | true -> true
469     // X & false -> false
470     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
471         I->getOpcode() == Instruction::And) {
472       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
473                                       WantInteger, CxtI);
474       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals,
475                                       WantInteger, CxtI);
476
477       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
478         return false;
479
480       ConstantInt *InterestingVal;
481       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
482         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
483       else
484         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
485
486       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
487
488       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
489       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
490       for (const auto &LHSVal : LHSVals)
491         if (LHSVal.first == InterestingVal || isa<UndefValue>(LHSVal.first)) {
492           Result.emplace_back(InterestingVal, LHSVal.second);
493           LHSKnownBBs.insert(LHSVal.second);
494         }
495       for (const auto &RHSVal : RHSVals)
496         if (RHSVal.first == InterestingVal || isa<UndefValue>(RHSVal.first)) {
497           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
498           // re-add it.
499           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVal.second))
500             Result.emplace_back(InterestingVal, RHSVal.second);
501         }
502
503       return !Result.empty();
504     }
505
506     // Handle the NOT form of XOR.
507     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
508         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
509         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
510       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result,
511                                       WantInteger, CxtI);
512       if (Result.empty())
513         return false;
514
515       // Invert the known values.
516       for (auto &R : Result)
517         R.first = ConstantExpr::getNot(R.first);
518
519       return true;
520     }
521
522   // Try to simplify some other binary operator values.
523   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
524     assert(Preference != WantBlockAddress
525             && "A binary operator creating a block address?");
526     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
527       PredValueInfoTy LHSVals;
528       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals,
529                                       WantInteger, CxtI);
530
531       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
532       for (const auto &LHSVal : LHSVals) {
533         Constant *V = LHSVal.first;
534         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
535
536         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
537           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVal.second));
538       }
539     }
540
541     return !Result.empty();
542   }
543
544   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
545   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
546     assert(Preference == WantInteger && "Compares only produce integers");
547     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
548     if (PN && PN->getParent() == BB) {
549       const DataLayout &DL = PN->getModule()->getDataLayout();
550       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
551       // See if any do.
552       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
553         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
554         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
555         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
556
557         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, DL);
558         if (!Res) {
559           if (!isa<Constant>(RHS))
560             continue;
561
562           LazyValueInfo::Tristate
563             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
564                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB,
565                                            CxtI ? CxtI : Cmp);
566           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
567             continue;
568           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
569         }
570
571         if (Constant *KC = getKnownConstant(Res, WantInteger))
572           Result.push_back(std::make_pair(KC, PredBB));
573       }
574
575       return !Result.empty();
576     }
577
578     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
579     // live-in value on any predecessors.
580     if (isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) && Cmp->getType()->isIntegerTy()) {
581       if (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
582           cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
583         Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
584
585         for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
586           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
587           // predecessor, use that information to try to thread this block.
588           LazyValueInfo::Tristate Res =
589             LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
590                                     RHSCst, P, BB, CxtI ? CxtI : Cmp);
591           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
592             continue;
593
594           Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
595           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
596         }
597
598         return !Result.empty();
599       }
600
601       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
602       // and evaluate it statically if we can.
603       if (Constant *CmpConst = dyn_cast<Constant>(Cmp->getOperand(1))) {
604         PredValueInfoTy LHSVals;
605         ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
606                                         WantInteger, CxtI);
607
608         for (const auto &LHSVal : LHSVals) {
609           Constant *V = LHSVal.first;
610           Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(),
611                                                       V, CmpConst);
612           if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
613             Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVal.second));
614         }
615
616         return !Result.empty();
617       }
618     }
619   }
620
621   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
622     // Handle select instructions where at least one operand is a known constant
623     // and we can figure out the condition value for any predecessor block.
624     Constant *TrueVal = getKnownConstant(SI->getTrueValue(), Preference);
625     Constant *FalseVal = getKnownConstant(SI->getFalseValue(), Preference);
626     PredValueInfoTy Conds;
627     if ((TrueVal || FalseVal) &&
628         ComputeValueKnownInPredecessors(SI->getCondition(), BB, Conds,
629                                         WantInteger, CxtI)) {
630       for (auto &C : Conds) {
631         Constant *Cond = C.first;
632
633         // Figure out what value to use for the condition.
634         bool KnownCond;
635         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cond)) {
636           // A known boolean.
637           KnownCond = CI->isOne();
638         } else {
639           assert(isa<UndefValue>(Cond) && "Unexpected condition value");
640           // Either operand will do, so be sure to pick the one that's a known
641           // constant.
642           // FIXME: Do this more cleverly if both values are known constants?
643           KnownCond = (TrueVal != nullptr);
644         }
645
646         // See if the select has a known constant value for this predecessor.
647         if (Constant *Val = KnownCond ? TrueVal : FalseVal)
648           Result.push_back(std::make_pair(Val, C.second));
649       }
650
651       return !Result.empty();
652     }
653   }
654
655   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
656   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB, CxtI);
657   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference)) {
658     for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB))
659       Result.push_back(std::make_pair(KC, Pred));
660   }
661
662   return !Result.empty();
663 }
664
665
666
667 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
668 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
669 ///
670 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
671 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
672 ///
673 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
674   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
675   unsigned MinSucc = 0;
676   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
677   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
678   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
679   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
680     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
681     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
682     if (NumPreds < MinNumPreds) {
683       MinSucc = i;
684       MinNumPreds = NumPreds;
685     }
686   }
687
688   return MinSucc;
689 }
690
691 static bool hasAddressTakenAndUsed(BasicBlock *BB) {
692   if (!BB->hasAddressTaken()) return false;
693
694   // If the block has its address taken, it may be a tree of dead constants
695   // hanging off of it.  These shouldn't keep the block alive.
696   BlockAddress *BA = BlockAddress::get(BB);
697   BA->removeDeadConstantUsers();
698   return !BA->use_empty();
699 }
700
701 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
702 /// through to a successor, transform them now.
703 bool JumpThreadingPass::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
704   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
705   // This simplifies other transformations.
706   if (pred_empty(BB) &&
707       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
708     return false;
709
710   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
711   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
712   // because now the condition in this block can be threaded through
713   // predecessors of our predecessor block.
714   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
715     const TerminatorInst *TI = SinglePred->getTerminator();
716     if (!TI->isExceptional() && TI->getNumSuccessors() == 1 &&
717         SinglePred != BB && !hasAddressTakenAndUsed(BB)) {
718       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
719       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
720         LoopHeaders.insert(BB);
721
722       LVI->eraseBlock(SinglePred);
723       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
724
725       return true;
726     }
727   }
728
729   if (TryToUnfoldSelectInCurrBB(BB))
730     return true;
731
732   // What kind of constant we're looking for.
733   ConstantPreference Preference = WantInteger;
734
735   // Look to see if the terminator is a conditional branch, switch or indirect
736   // branch, if not we can't thread it.
737   Value *Condition;
738   Instruction *Terminator = BB->getTerminator();
739   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Terminator)) {
740     // Can't thread an unconditional jump.
741     if (BI->isUnconditional()) return false;
742     Condition = BI->getCondition();
743   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Terminator)) {
744     Condition = SI->getCondition();
745   } else if (IndirectBrInst *IB = dyn_cast<IndirectBrInst>(Terminator)) {
746     // Can't thread indirect branch with no successors.
747     if (IB->getNumSuccessors() == 0) return false;
748     Condition = IB->getAddress()->stripPointerCasts();
749     Preference = WantBlockAddress;
750   } else {
751     return false; // Must be an invoke.
752   }
753
754   // Run constant folding to see if we can reduce the condition to a simple
755   // constant.
756   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Condition)) {
757     Value *SimpleVal =
758         ConstantFoldInstruction(I, BB->getModule()->getDataLayout(), TLI);
759     if (SimpleVal) {
760       I->replaceAllUsesWith(SimpleVal);
761       if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI))
762         I->eraseFromParent();
763       Condition = SimpleVal;
764     }
765   }
766
767   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
768   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
769   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
770     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
771
772     // Fold the branch/switch.
773     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
774     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
775       if (i == BestSucc) continue;
776       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
777     }
778
779     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
780           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
781     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
782     BBTerm->eraseFromParent();
783     return true;
784   }
785
786   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
787   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
788   // other blocks.
789   if (getKnownConstant(Condition, Preference)) {
790     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
791           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
792     ++NumFolds;
793     ConstantFoldTerminator(BB, true);
794     return true;
795   }
796
797   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
798
799   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
800   if (!CondInst) {
801     // FIXME: Unify this with code below.
802     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB, Preference, Terminator))
803       return true;
804     return false;
805   }
806
807
808   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
809     // If we're branching on a conditional, LVI might be able to determine
810     // it's value at the branch instruction.  We only handle comparisons
811     // against a constant at this time.
812     // TODO: This should be extended to handle switches as well.
813     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
814     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
815     if (CondBr && CondConst && CondBr->isConditional()) {
816       LazyValueInfo::Tristate Ret =
817         LVI->getPredicateAt(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
818                             CondConst, CondBr);
819       if (Ret != LazyValueInfo::Unknown) {
820         unsigned ToRemove = Ret == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
821         unsigned ToKeep = Ret == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
822         CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
823         BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
824         CondBr->eraseFromParent();
825         if (CondCmp->use_empty())
826           CondCmp->eraseFromParent();
827         else if (CondCmp->getParent() == BB) {
828           // If the fact we just learned is true for all uses of the
829           // condition, replace it with a constant value
830           auto *CI = Ret == LazyValueInfo::True ?
831             ConstantInt::getTrue(CondCmp->getType()) :
832             ConstantInt::getFalse(CondCmp->getType());
833           CondCmp->replaceAllUsesWith(CI);
834           CondCmp->eraseFromParent();
835         }
836         return true;
837       }
838     }
839
840     if (CondBr && CondConst && TryToUnfoldSelect(CondCmp, BB))
841       return true;
842   }
843
844   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
845   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
846   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
847   // which can then be used to thread the values.
848   //
849   Value *SimplifyValue = CondInst;
850   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
851     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
852       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
853
854   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
855   // more complex comparisons.
856   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
857     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
858       return true;
859
860
861   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
862   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
863   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
864   //
865   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB, Preference, Terminator))
866     return true;
867
868   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
869   // block, see if we can simplify.
870   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
871     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
872       return ProcessBranchOnPHI(PN);
873
874
875   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
876   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
877       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
878     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
879
880   // Search for a stronger dominating condition that can be used to simplify a
881   // conditional branch leaving BB.
882   if (ProcessImpliedCondition(BB))
883     return true;
884
885   return false;
886 }
887
888 bool JumpThreadingPass::ProcessImpliedCondition(BasicBlock *BB) {
889   auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
890   if (!BI || !BI->isConditional())
891     return false;
892
893   Value *Cond = BI->getCondition();
894   BasicBlock *CurrentBB = BB;
895   BasicBlock *CurrentPred = BB->getSinglePredecessor();
896   unsigned Iter = 0;
897
898   auto &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
899
900   while (CurrentPred && Iter++ < ImplicationSearchThreshold) {
901     auto *PBI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentPred->getTerminator());
902     if (!PBI || !PBI->isConditional())
903       return false;
904     if (PBI->getSuccessor(0) != CurrentBB && PBI->getSuccessor(1) != CurrentBB)
905       return false;
906
907     bool FalseDest = PBI->getSuccessor(1) == CurrentBB;
908     Optional<bool> Implication =
909       isImpliedCondition(PBI->getCondition(), Cond, DL, FalseDest);
910     if (Implication) {
911       BI->getSuccessor(*Implication ? 1 : 0)->removePredecessor(BB);
912       BranchInst::Create(BI->getSuccessor(*Implication ? 0 : 1), BI);
913       BI->eraseFromParent();
914       return true;
915     }
916     CurrentBB = CurrentPred;
917     CurrentPred = CurrentBB->getSinglePredecessor();
918   }
919
920   return false;
921 }
922
923 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
924 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
925 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
926 /// interlaced with other jump threading tasks.
927 bool JumpThreadingPass::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
928   // Don't hack volatile and ordered loads.
929   if (!LI->isUnordered()) return false;
930
931   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
932   // partially redundant.
933   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
934   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
935     return false;
936
937   // If the load is defined in an EH pad, it can't be partially redundant,
938   // because the edges between the invoke and the EH pad cannot have other
939   // instructions between them.
940   if (LoadBB->isEHPad())
941     return false;
942
943   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
944
945   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
946   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
947   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
948     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
949       return false;
950
951   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
952   // the entry to its block.
953   BasicBlock::iterator BBIt(LI);
954   bool IsLoadCSE;
955   if (Value *AvailableVal =
956         FindAvailableLoadedValue(LI, LoadBB, BBIt, DefMaxInstsToScan, nullptr, &IsLoadCSE)) {
957     // If the value of the load is locally available within the block, just use
958     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
959
960     if (IsLoadCSE) {
961       LoadInst *NLI = cast<LoadInst>(AvailableVal);
962       combineMetadataForCSE(NLI, LI);
963     };
964
965     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
966     // only happen in dead loops.
967     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
968     if (AvailableVal->getType() != LI->getType())
969       AvailableVal =
970           CastInst::CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI->getType(), "", LI);
971     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
972     LI->eraseFromParent();
973     return true;
974   }
975
976   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
977   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
978   // might clobber its value.
979   if (BBIt != LoadBB->begin())
980     return false;
981
982   // If all of the loads and stores that feed the value have the same AA tags,
983   // then we can propagate them onto any newly inserted loads.
984   AAMDNodes AATags;
985   LI->getAAMetadata(AATags);
986
987   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
988   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
989   AvailablePredsTy AvailablePreds;
990   BasicBlock *OneUnavailablePred = nullptr;
991   SmallVector<LoadInst*, 8> CSELoads;
992
993   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
994   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
995   for (BasicBlock *PredBB : predecessors(LoadBB)) {
996     // If we already scanned this predecessor, skip it.
997     if (!PredsScanned.insert(PredBB).second)
998       continue;
999
1000     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
1001     BBIt = PredBB->end();
1002     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LI, PredBB, BBIt,
1003                                                     DefMaxInstsToScan,
1004                                                     nullptr,
1005                                                     &IsLoadCSE);
1006     if (!PredAvailable) {
1007       OneUnavailablePred = PredBB;
1008       continue;
1009     }
1010
1011     if (IsLoadCSE)
1012       CSELoads.push_back(cast<LoadInst>(PredAvailable));
1013
1014     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
1015     // can create a PHI node.
1016     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
1017   }
1018
1019   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
1020   // redundant.
1021   if (AvailablePreds.empty()) return false;
1022
1023   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
1024   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
1025   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
1026   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
1027   // code size.
1028   BasicBlock *UnavailablePred = nullptr;
1029
1030   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
1031   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
1032   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
1033   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
1034       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
1035     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
1036   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
1037     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
1038     // edge from the one.
1039     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
1040     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
1041
1042     for (const auto &AvailablePred : AvailablePreds)
1043       AvailablePredSet.insert(AvailablePred.first);
1044
1045     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
1046     for (BasicBlock *P : predecessors(LoadBB)) {
1047       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
1048       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
1049         return false;
1050
1051       if (!AvailablePredSet.count(P))
1052         PredsToSplit.push_back(P);
1053     }
1054
1055     // Split them out to their own block.
1056     UnavailablePred = SplitBlockPreds(LoadBB, PredsToSplit, "thread-pre-split");
1057   }
1058
1059   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
1060   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
1061   // it to the AvailablePreds list.
1062   if (UnavailablePred) {
1063     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
1064            "Can't handle critical edge here!");
1065     LoadInst *NewVal =
1066         new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName() + ".pr", false,
1067                      LI->getAlignment(), LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
1068                      UnavailablePred->getTerminator());
1069     NewVal->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1070     if (AATags)
1071       NewVal->setAAMetadata(AATags);
1072
1073     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
1074   }
1075
1076   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
1077   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
1078   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
1079
1080   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
1081   pred_iterator PB = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
1082   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), std::distance(PB, PE), "",
1083                                 &LoadBB->front());
1084   PN->takeName(LI);
1085   PN->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1086
1087   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
1088   // have multiple entries here.
1089   for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
1090     BasicBlock *P = *PI;
1091     AvailablePredsTy::iterator I =
1092       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
1093                        std::make_pair(P, (Value*)nullptr));
1094
1095     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
1096            "Didn't find entry for predecessor!");
1097
1098     // If we have an available predecessor but it requires casting, insert the
1099     // cast in the predecessor and use the cast. Note that we have to update the
1100     // AvailablePreds vector as we go so that all of the PHI entries for this
1101     // predecessor use the same bitcast.
1102     Value *&PredV = I->second;
1103     if (PredV->getType() != LI->getType())
1104       PredV = CastInst::CreateBitOrPointerCast(PredV, LI->getType(), "",
1105                                                P->getTerminator());
1106
1107     PN->addIncoming(PredV, I->first);
1108   }
1109
1110   for (LoadInst *PredLI : CSELoads) {
1111     combineMetadataForCSE(PredLI, LI);
1112   }
1113
1114   LI->replaceAllUsesWith(PN);
1115   LI->eraseFromParent();
1116
1117   return true;
1118 }
1119
1120 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
1121 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
1122 /// the list.
1123 static BasicBlock *
1124 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
1125                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
1126                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
1127   assert(!PredToDestList.empty());
1128
1129   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
1130   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
1131   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
1132   // them later if interesting.
1133   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
1134   for (const auto &PredToDest : PredToDestList)
1135     if (PredToDest.second)
1136       DestPopularity[PredToDest.second]++;
1137
1138   // Find the most popular dest.
1139   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
1140   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
1141   unsigned Popularity = DPI->second;
1142   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
1143
1144   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
1145     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
1146     // seen so far, ignore it.
1147     if (DPI->second < Popularity)
1148       ; // ignore.
1149     else if (DPI->second == Popularity) {
1150       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
1151       SamePopularity.push_back(DPI->first);
1152     } else {
1153       // If it is more popular, remember it.
1154       SamePopularity.clear();
1155       MostPopularDest = DPI->first;
1156       Popularity = DPI->second;
1157     }
1158   }
1159
1160   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than one
1161   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
1162   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1163   // successor list.
1164   if (!SamePopularity.empty()) {
1165     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1166     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1167     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1168       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1169
1170       if (!is_contained(SamePopularity, TI->getSuccessor(i)))
1171         continue;
1172
1173       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1174       break;
1175     }
1176   }
1177
1178   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1179   return MostPopularDest;
1180 }
1181
1182 bool JumpThreadingPass::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
1183                                                ConstantPreference Preference,
1184                                                Instruction *CxtI) {
1185   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1186   // thread the edge.
1187   if (LoopHeaders.count(BB))
1188     return false;
1189
1190   PredValueInfoTy PredValues;
1191   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues, Preference, CxtI))
1192     return false;
1193
1194   assert(!PredValues.empty() &&
1195          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1196
1197   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1198         for (const auto &PredValue : PredValues) {
1199           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
1200             << *PredValue.first
1201             << " for pred '" << PredValue.second->getName() << "'.\n";
1202         });
1203
1204   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1205   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1206   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1207   // as a null dest in the PredToDestList).
1208   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1209   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1210
1211   BasicBlock *OnlyDest = nullptr;
1212   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1213
1214   for (const auto &PredValue : PredValues) {
1215     BasicBlock *Pred = PredValue.second;
1216     if (!SeenPreds.insert(Pred).second)
1217       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1218
1219     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1220     // destination.
1221     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1222       continue;
1223
1224     Constant *Val = PredValue.first;
1225
1226     BasicBlock *DestBB;
1227     if (isa<UndefValue>(Val))
1228       DestBB = nullptr;
1229     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1230       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1231     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1232       DestBB = SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val)).getCaseSuccessor();
1233     } else {
1234       assert(isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())
1235               && "Unexpected terminator");
1236       DestBB = cast<BlockAddress>(Val)->getBasicBlock();
1237     }
1238
1239     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1240     if (PredToDestList.empty())
1241       OnlyDest = DestBB;
1242     else if (OnlyDest != DestBB)
1243       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1244
1245     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1246   }
1247
1248   // If all edges were unthreadable, we fail.
1249   if (PredToDestList.empty())
1250     return false;
1251
1252   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1253   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1254   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1255   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1256   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1257
1258   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1259     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1260
1261   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1262   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1263   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1264   for (const auto &PredToDest : PredToDestList)
1265     if (PredToDest.second == MostPopularDest) {
1266       BasicBlock *Pred = PredToDest.first;
1267
1268       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1269       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1270       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1271       for (BasicBlock *Succ : successors(Pred))
1272         if (Succ == BB)
1273           PredsToFactor.push_back(Pred);
1274     }
1275
1276   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1277   // the destination that these predecessors should get to.
1278   if (!MostPopularDest)
1279     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1280                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1281
1282   // Ok, try to thread it!
1283   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1284 }
1285
1286 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1287 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1288 /// can do based on inputs to the phi node.
1289 ///
1290 bool JumpThreadingPass::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1291   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1292
1293   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1294   // values.
1295   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1296   PredBBs.resize(1);
1297
1298   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1299   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1300   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1301   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1302   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1303     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1304     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1305       if (PredBr->isUnconditional()) {
1306         PredBBs[0] = PredBB;
1307         // Try to duplicate BB into PredBB.
1308         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1309           return true;
1310       }
1311   }
1312
1313   return false;
1314 }
1315
1316 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1317 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1318 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1319 ///
1320 bool JumpThreadingPass::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1321   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1322
1323   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1324   // optimization.
1325   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1326       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1327     return false;
1328
1329   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1330   // anything special about any particular predecessor.
1331   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1332     return false;
1333
1334   // If this BB is a landing pad, we won't be able to split the edge into it.
1335   if (BB->isEHPad())
1336     return false;
1337
1338   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1339   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1340   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1341   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1342   //
1343   // This copies something like this:
1344   //
1345   //  BB:
1346   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1347   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1348   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1349   //    br i1 %Z, ...
1350   //
1351   // Into:
1352   //  BB':
1353   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1354   //    br i1 %Y, ...
1355
1356   PredValueInfoTy XorOpValues;
1357   bool isLHS = true;
1358   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues,
1359                                        WantInteger, BO)) {
1360     assert(XorOpValues.empty());
1361     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues,
1362                                          WantInteger, BO))
1363       return false;
1364     isLHS = false;
1365   }
1366
1367   assert(!XorOpValues.empty() &&
1368          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1369
1370   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1371   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1372   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1373   for (const auto &XorOpValue : XorOpValues) {
1374     if (isa<UndefValue>(XorOpValue.first))
1375       // Ignore undefs for the count.
1376       continue;
1377     if (cast<ConstantInt>(XorOpValue.first)->isZero())
1378       ++NumFalse;
1379     else
1380       ++NumTrue;
1381   }
1382
1383   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1384   ConstantInt *SplitVal = nullptr;
1385   if (NumTrue > NumFalse)
1386     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1387   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1388     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1389
1390   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1391   // factor this once and clone it once.
1392   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1393   for (const auto &XorOpValue : XorOpValues) {
1394     if (XorOpValue.first != SplitVal && !isa<UndefValue>(XorOpValue.first))
1395       continue;
1396
1397     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValue.second);
1398   }
1399
1400   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1401   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1402   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1403       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1404     if (!SplitVal) {
1405       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1406       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1407       BO->eraseFromParent();
1408     } else if (SplitVal->isZero()) {
1409       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1410       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1411       BO->eraseFromParent();
1412     } else {
1413       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1414       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1415     }
1416
1417     return true;
1418   }
1419
1420   // Try to duplicate BB into PredBB.
1421   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1422 }
1423
1424
1425 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1426 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1427 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1428 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1429                                             BasicBlock *OldPred,
1430                                             BasicBlock *NewPred,
1431                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1432   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1433        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1434     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1435     // DestBlock.
1436     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1437
1438     // Remap the value if necessary.
1439     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1440       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1441       if (I != ValueMap.end())
1442         IV = I->second;
1443     }
1444
1445     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1446   }
1447 }
1448
1449 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1450 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1451 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1452 bool JumpThreadingPass::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1453                                    const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs,
1454                                    BasicBlock *SuccBB) {
1455   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1456   if (SuccBB == BB) {
1457     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1458           << "' - would thread to self!\n");
1459     return false;
1460   }
1461
1462   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1463   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1464   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1465     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1466           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1467           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1468     return false;
1469   }
1470
1471   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, BBDupThreshold);
1472   if (JumpThreadCost > BBDupThreshold) {
1473     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1474           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1475     return false;
1476   }
1477
1478   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors if needed.
1479   BasicBlock *PredBB;
1480   if (PredBBs.size() == 1)
1481     PredBB = PredBBs[0];
1482   else {
1483     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1484           << " common predecessors.\n");
1485     PredBB = SplitBlockPreds(BB, PredBBs, ".thr_comm");
1486   }
1487
1488   // And finally, do it!
1489   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1490         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1491         << ", across block:\n    "
1492         << *BB << "\n");
1493
1494   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1495
1496   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1497   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1498   // account for entry from PredBB.
1499   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1500
1501   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1502                                          BB->getName()+".thread",
1503                                          BB->getParent(), BB);
1504   NewBB->moveAfter(PredBB);
1505
1506   // Set the block frequency of NewBB.
1507   if (HasProfileData) {
1508     auto NewBBFreq =
1509         BFI->getBlockFreq(PredBB) * BPI->getEdgeProbability(PredBB, BB);
1510     BFI->setBlockFreq(NewBB, NewBBFreq.getFrequency());
1511   }
1512
1513   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1514   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1515     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1516
1517   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1518   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1519   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1520     Instruction *New = BI->clone();
1521     New->setName(BI->getName());
1522     NewBB->getInstList().push_back(New);
1523     ValueMapping[&*BI] = New;
1524
1525     // Remap operands to patch up intra-block references.
1526     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1527       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1528         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1529         if (I != ValueMapping.end())
1530           New->setOperand(i, I->second);
1531       }
1532   }
1533
1534   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1535   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1536   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1537   NewBI->setDebugLoc(BB->getTerminator()->getDebugLoc());
1538
1539   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1540   // PHI nodes for NewBB now.
1541   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1542
1543   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1544   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1545   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1546   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1547   SSAUpdater SSAUpdate;
1548   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1549   for (Instruction &I : *BB) {
1550     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1551     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1552     for (Use &U : I.uses()) {
1553       Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
1554       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1555         if (UserPN->getIncomingBlock(U) == BB)
1556           continue;
1557       } else if (User->getParent() == BB)
1558         continue;
1559
1560       UsesToRename.push_back(&U);
1561     }
1562
1563     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1564     if (UsesToRename.empty())
1565       continue;
1566
1567     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << I << "\n");
1568
1569     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1570     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1571     // with the two values we know.
1572     SSAUpdate.Initialize(I.getType(), I.getName());
1573     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, &I);
1574     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[&I]);
1575
1576     while (!UsesToRename.empty())
1577       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1578     DEBUG(dbgs() << "\n");
1579   }
1580
1581
1582   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1583   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1584   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1585   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1586   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1587     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1588       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1589       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1590     }
1591
1592   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1593   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1594   // frequently happens because of phi translation.
1595   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TLI);
1596
1597   // Update the edge weight from BB to SuccBB, which should be less than before.
1598   UpdateBlockFreqAndEdgeWeight(PredBB, BB, NewBB, SuccBB);
1599
1600   // Threaded an edge!
1601   ++NumThreads;
1602   return true;
1603 }
1604
1605 /// Create a new basic block that will be the predecessor of BB and successor of
1606 /// all blocks in Preds. When profile data is available, update the frequency of
1607 /// this new block.
1608 BasicBlock *JumpThreadingPass::SplitBlockPreds(BasicBlock *BB,
1609                                                ArrayRef<BasicBlock *> Preds,
1610                                                const char *Suffix) {
1611   // Collect the frequencies of all predecessors of BB, which will be used to
1612   // update the edge weight on BB->SuccBB.
1613   BlockFrequency PredBBFreq(0);
1614   if (HasProfileData)
1615     for (auto Pred : Preds)
1616       PredBBFreq += BFI->getBlockFreq(Pred) * BPI->getEdgeProbability(Pred, BB);
1617
1618   BasicBlock *PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, Preds, Suffix);
1619
1620   // Set the block frequency of the newly created PredBB, which is the sum of
1621   // frequencies of Preds.
1622   if (HasProfileData)
1623     BFI->setBlockFreq(PredBB, PredBBFreq.getFrequency());
1624   return PredBB;
1625 }
1626
1627 bool JumpThreadingPass::doesBlockHaveProfileData(BasicBlock *BB) {
1628   const TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1629   assert(TI->getNumSuccessors() > 1 && "not a split");
1630
1631   MDNode *WeightsNode = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1632   if (!WeightsNode)
1633     return false;
1634
1635   MDString *MDName = cast<MDString>(WeightsNode->getOperand(0));
1636   if (MDName->getString() != "branch_weights")
1637     return false;
1638
1639   // Ensure there are weights for all of the successors. Note that the first
1640   // operand to the metadata node is a name, not a weight.
1641   return WeightsNode->getNumOperands() == TI->getNumSuccessors() + 1;
1642 }
1643
1644 /// Update the block frequency of BB and branch weight and the metadata on the
1645 /// edge BB->SuccBB. This is done by scaling the weight of BB->SuccBB by 1 -
1646 /// Freq(PredBB->BB) / Freq(BB->SuccBB).
1647 void JumpThreadingPass::UpdateBlockFreqAndEdgeWeight(BasicBlock *PredBB,
1648                                                      BasicBlock *BB,
1649                                                      BasicBlock *NewBB,
1650                                                      BasicBlock *SuccBB) {
1651   if (!HasProfileData)
1652     return;
1653
1654   assert(BFI && BPI && "BFI & BPI should have been created here");
1655
1656   // As the edge from PredBB to BB is deleted, we have to update the block
1657   // frequency of BB.
1658   auto BBOrigFreq = BFI->getBlockFreq(BB);
1659   auto NewBBFreq = BFI->getBlockFreq(NewBB);
1660   auto BB2SuccBBFreq = BBOrigFreq * BPI->getEdgeProbability(BB, SuccBB);
1661   auto BBNewFreq = BBOrigFreq - NewBBFreq;
1662   BFI->setBlockFreq(BB, BBNewFreq.getFrequency());
1663
1664   // Collect updated outgoing edges' frequencies from BB and use them to update
1665   // edge probabilities.
1666   SmallVector<uint64_t, 4> BBSuccFreq;
1667   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
1668     auto SuccFreq = (Succ == SuccBB)
1669                         ? BB2SuccBBFreq - NewBBFreq
1670                         : BBOrigFreq * BPI->getEdgeProbability(BB, Succ);
1671     BBSuccFreq.push_back(SuccFreq.getFrequency());
1672   }
1673
1674   uint64_t MaxBBSuccFreq =
1675       *std::max_element(BBSuccFreq.begin(), BBSuccFreq.end());
1676
1677   SmallVector<BranchProbability, 4> BBSuccProbs;
1678   if (MaxBBSuccFreq == 0)
1679     BBSuccProbs.assign(BBSuccFreq.size(),
1680                        {1, static_cast<unsigned>(BBSuccFreq.size())});
1681   else {
1682     for (uint64_t Freq : BBSuccFreq)
1683       BBSuccProbs.push_back(
1684           BranchProbability::getBranchProbability(Freq, MaxBBSuccFreq));
1685     // Normalize edge probabilities so that they sum up to one.
1686     BranchProbability::normalizeProbabilities(BBSuccProbs.begin(),
1687                                               BBSuccProbs.end());
1688   }
1689
1690   // Update edge probabilities in BPI.
1691   for (int I = 0, E = BBSuccProbs.size(); I < E; I++)
1692     BPI->setEdgeProbability(BB, I, BBSuccProbs[I]);
1693
1694   // Update the profile metadata as well.
1695   //
1696   // Don't do this if the profile of the transformed blocks was statically
1697   // estimated.  (This could occur despite the function having an entry
1698   // frequency in completely cold parts of the CFG.)
1699   //
1700   // In this case we don't want to suggest to subsequent passes that the
1701   // calculated weights are fully consistent.  Consider this graph:
1702   //
1703   //                 check_1
1704   //             50% /  |
1705   //             eq_1   | 50%
1706   //                 \  |
1707   //                 check_2
1708   //             50% /  |
1709   //             eq_2   | 50%
1710   //                 \  |
1711   //                 check_3
1712   //             50% /  |
1713   //             eq_3   | 50%
1714   //                 \  |
1715   //
1716   // Assuming the blocks check_* all compare the same value against 1, 2 and 3,
1717   // the overall probabilities are inconsistent; the total probability that the
1718   // value is either 1, 2 or 3 is 150%.
1719   //
1720   // As a consequence if we thread eq_1 -> check_2 to check_3, check_2->check_3
1721   // becomes 0%.  This is even worse if the edge whose probability becomes 0% is
1722   // the loop exit edge.  Then based solely on static estimation we would assume
1723   // the loop was extremely hot.
1724   //
1725   // FIXME this locally as well so that BPI and BFI are consistent as well.  We
1726   // shouldn't make edges extremely likely or unlikely based solely on static
1727   // estimation.
1728   if (BBSuccProbs.size() >= 2 && doesBlockHaveProfileData(BB)) {
1729     SmallVector<uint32_t, 4> Weights;
1730     for (auto Prob : BBSuccProbs)
1731       Weights.push_back(Prob.getNumerator());
1732
1733     auto TI = BB->getTerminator();
1734     TI->setMetadata(
1735         LLVMContext::MD_prof,
1736         MDBuilder(TI->getParent()->getContext()).createBranchWeights(Weights));
1737   }
1738 }
1739
1740 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1741 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1742 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1743 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1744 /// a compare.
1745 bool JumpThreadingPass::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(
1746     BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1747   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1748
1749   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1750   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1751   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1752   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1753     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1754           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1755           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1756     return false;
1757   }
1758
1759   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, BBDupThreshold);
1760   if (DuplicationCost > BBDupThreshold) {
1761     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1762           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1763     return false;
1764   }
1765
1766   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors if needed.
1767   BasicBlock *PredBB;
1768   if (PredBBs.size() == 1)
1769     PredBB = PredBBs[0];
1770   else {
1771     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1772           << " common predecessors.\n");
1773     PredBB = SplitBlockPreds(BB, PredBBs, ".thr_comm");
1774   }
1775
1776   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1777   // of PredBB.
1778   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1779         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1780         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1781
1782   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1783   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1784   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1785
1786   if (!OldPredBranch || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1787     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB);
1788     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1789   }
1790
1791   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1792   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1793   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1794
1795   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1796   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1797     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1798   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1799   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1800   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1801     Instruction *New = BI->clone();
1802
1803     // Remap operands to patch up intra-block references.
1804     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1805       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1806         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1807         if (I != ValueMapping.end())
1808           New->setOperand(i, I->second);
1809       }
1810
1811     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1812     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1813     // phi translation.
1814     if (Value *IV =
1815             SimplifyInstruction(New, BB->getModule()->getDataLayout())) {
1816       ValueMapping[&*BI] = IV;
1817       if (!New->mayHaveSideEffects()) {
1818         delete New;
1819         New = nullptr;
1820       }
1821     } else {
1822       ValueMapping[&*BI] = New;
1823     }
1824     if (New) {
1825       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1826       New->setName(BI->getName());
1827       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch->getIterator(), New);
1828     }
1829   }
1830
1831   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1832   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1833   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1834   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1835                                   ValueMapping);
1836   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1837                                   ValueMapping);
1838
1839   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1840   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1841   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1842   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1843   SSAUpdater SSAUpdate;
1844   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1845   for (Instruction &I : *BB) {
1846     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1847     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1848     for (Use &U : I.uses()) {
1849       Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
1850       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1851         if (UserPN->getIncomingBlock(U) == BB)
1852           continue;
1853       } else if (User->getParent() == BB)
1854         continue;
1855
1856       UsesToRename.push_back(&U);
1857     }
1858
1859     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1860     if (UsesToRename.empty())
1861       continue;
1862
1863     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << I << "\n");
1864
1865     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1866     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1867     // with the two values we know.
1868     SSAUpdate.Initialize(I.getType(), I.getName());
1869     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, &I);
1870     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[&I]);
1871
1872     while (!UsesToRename.empty())
1873       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1874     DEBUG(dbgs() << "\n");
1875   }
1876
1877   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1878   // that we nuked.
1879   BB->removePredecessor(PredBB, true);
1880
1881   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1882   OldPredBranch->eraseFromParent();
1883
1884   ++NumDupes;
1885   return true;
1886 }
1887
1888 /// TryToUnfoldSelect - Look for blocks of the form
1889 /// bb1:
1890 ///   %a = select
1891 ///   br bb
1892 ///
1893 /// bb2:
1894 ///   %p = phi [%a, %bb] ...
1895 ///   %c = icmp %p
1896 ///   br i1 %c
1897 ///
1898 /// And expand the select into a branch structure if one of its arms allows %c
1899 /// to be folded. This later enables threading from bb1 over bb2.
1900 bool JumpThreadingPass::TryToUnfoldSelect(CmpInst *CondCmp, BasicBlock *BB) {
1901   BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1902   PHINode *CondLHS = dyn_cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0));
1903   Constant *CondRHS = cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
1904
1905   if (!CondBr || !CondBr->isConditional() || !CondLHS ||
1906       CondLHS->getParent() != BB)
1907     return false;
1908
1909   for (unsigned I = 0, E = CondLHS->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1910     BasicBlock *Pred = CondLHS->getIncomingBlock(I);
1911     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CondLHS->getIncomingValue(I));
1912
1913     // Look if one of the incoming values is a select in the corresponding
1914     // predecessor.
1915     if (!SI || SI->getParent() != Pred || !SI->hasOneUse())
1916       continue;
1917
1918     BranchInst *PredTerm = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator());
1919     if (!PredTerm || !PredTerm->isUnconditional())
1920       continue;
1921
1922     // Now check if one of the select values would allow us to constant fold the
1923     // terminator in BB. We don't do the transform if both sides fold, those
1924     // cases will be threaded in any case.
1925     LazyValueInfo::Tristate LHSFolds =
1926         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), SI->getOperand(1),
1927                                 CondRHS, Pred, BB, CondCmp);
1928     LazyValueInfo::Tristate RHSFolds =
1929         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), SI->getOperand(2),
1930                                 CondRHS, Pred, BB, CondCmp);
1931     if ((LHSFolds != LazyValueInfo::Unknown ||
1932          RHSFolds != LazyValueInfo::Unknown) &&
1933         LHSFolds != RHSFolds) {
1934       // Expand the select.
1935       //
1936       // Pred --
1937       //  |    v
1938       //  |  NewBB
1939       //  |    |
1940       //  |-----
1941       //  v
1942       // BB
1943       BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "select.unfold",
1944                                              BB->getParent(), BB);
1945       // Move the unconditional branch to NewBB.
1946       PredTerm->removeFromParent();
1947       NewBB->getInstList().insert(NewBB->end(), PredTerm);
1948       // Create a conditional branch and update PHI nodes.
1949       BranchInst::Create(NewBB, BB, SI->getCondition(), Pred);
1950       CondLHS->setIncomingValue(I, SI->getFalseValue());
1951       CondLHS->addIncoming(SI->getTrueValue(), NewBB);
1952       // The select is now dead.
1953       SI->eraseFromParent();
1954
1955       // Update any other PHI nodes in BB.
1956       for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1957            PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1958         if (Phi != CondLHS)
1959           Phi->addIncoming(Phi->getIncomingValueForBlock(Pred), NewBB);
1960       return true;
1961     }
1962   }
1963   return false;
1964 }
1965
1966 /// TryToUnfoldSelectInCurrBB - Look for PHI/Select in the same BB of the form
1967 /// bb:
1968 ///   %p = phi [false, %bb1], [true, %bb2], [false, %bb3], [true, %bb4], ...
1969 ///   %s = select p, trueval, falseval
1970 ///
1971 /// And expand the select into a branch structure. This later enables
1972 /// jump-threading over bb in this pass.
1973 ///
1974 /// Using the similar approach of SimplifyCFG::FoldCondBranchOnPHI(), unfold
1975 /// select if the associated PHI has at least one constant.  If the unfolded
1976 /// select is not jump-threaded, it will be folded again in the later
1977 /// optimizations.
1978 bool JumpThreadingPass::TryToUnfoldSelectInCurrBB(BasicBlock *BB) {
1979   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1980   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1981   if (LoopHeaders.count(BB))
1982     return false;
1983
1984   // Look for a Phi/Select pair in the same basic block.  The Phi feeds the
1985   // condition of the Select and at least one of the incoming values is a
1986   // constant.
1987   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1988        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI) {
1989     unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
1990     if (NumPHIValues == 0 || !PN->hasOneUse())
1991       continue;
1992
1993     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(PN->user_back());
1994     if (!SI || SI->getParent() != BB)
1995       continue;
1996
1997     Value *Cond = SI->getCondition();
1998     if (!Cond || Cond != PN || !Cond->getType()->isIntegerTy(1))
1999       continue;
2000
2001     bool HasConst = false;
2002     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
2003       if (PN->getIncomingBlock(i) == BB)
2004         return false;
2005       if (isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i)))
2006         HasConst = true;
2007     }
2008
2009     if (HasConst) {
2010       // Expand the select.
2011       TerminatorInst *Term =
2012           SplitBlockAndInsertIfThen(SI->getCondition(), SI, false);
2013       PHINode *NewPN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", SI);
2014       NewPN->addIncoming(SI->getTrueValue(), Term->getParent());
2015       NewPN->addIncoming(SI->getFalseValue(), BB);
2016       SI->replaceAllUsesWith(NewPN);
2017       SI->eraseFromParent();
2018       return true;
2019     }
2020   }
2021   
2022   return false;
2023 }