]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/LoopUnswitch.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r304149, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / LoopUnswitch.cpp
1 //===-- LoopUnswitch.cpp - Hoist loop-invariant conditionals in loop ------===//
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 transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
11 // to multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
12 //
13 //  for (...)                  if (lic)
14 //    A                          for (...)
15 //    if (lic)                     A; B; C
16 //      B                      else
17 //    C                          for (...)
18 //                                 A; C
19 //
20 // This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time
21 // a loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be
22 // smaller than a threshold.
23 //
24 // This pass expects LICM to be run before it to hoist invariant conditions out
25 // of the loop, to make the unswitching opportunity obvious.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
30 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
34 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
35 #include "llvm/Analysis/CodeMetrics.h"
36 #include "llvm/Analysis/DivergenceAnalysis.h"
37 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
38 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
39 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
40 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
41 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
42 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfoImpl.h"
43 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
44 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
45 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
46 #include "llvm/IR/Constants.h"
47 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
48 #include "llvm/IR/Dominators.h"
49 #include "llvm/IR/Function.h"
50 #include "llvm/IR/Instructions.h"
51 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
52 #include "llvm/IR/Module.h"
53 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
54 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
58 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
61 #include <algorithm>
62 #include <map>
63 #include <set>
64 using namespace llvm;
65
66 #define DEBUG_TYPE "loop-unswitch"
67
68 STATISTIC(NumBranches, "Number of branches unswitched");
69 STATISTIC(NumSwitches, "Number of switches unswitched");
70 STATISTIC(NumGuards,   "Number of guards unswitched");
71 STATISTIC(NumSelects , "Number of selects unswitched");
72 STATISTIC(NumTrivial , "Number of unswitches that are trivial");
73 STATISTIC(NumSimplify, "Number of simplifications of unswitched code");
74 STATISTIC(TotalInsts,  "Total number of instructions analyzed");
75
76 // The specific value of 100 here was chosen based only on intuition and a
77 // few specific examples.
78 static cl::opt<unsigned>
79 Threshold("loop-unswitch-threshold", cl::desc("Max loop size to unswitch"),
80           cl::init(100), cl::Hidden);
81
82 namespace {
83
84   class LUAnalysisCache {
85
86     typedef DenseMap<const SwitchInst*, SmallPtrSet<const Value *, 8> >
87       UnswitchedValsMap;
88
89     typedef UnswitchedValsMap::iterator UnswitchedValsIt;
90
91     struct LoopProperties {
92       unsigned CanBeUnswitchedCount;
93       unsigned WasUnswitchedCount;
94       unsigned SizeEstimation;
95       UnswitchedValsMap UnswitchedVals;
96     };
97
98     // Here we use std::map instead of DenseMap, since we need to keep valid
99     // LoopProperties pointer for current loop for better performance.
100     typedef std::map<const Loop*, LoopProperties> LoopPropsMap;
101     typedef LoopPropsMap::iterator LoopPropsMapIt;
102
103     LoopPropsMap LoopsProperties;
104     UnswitchedValsMap *CurLoopInstructions;
105     LoopProperties *CurrentLoopProperties;
106
107     // A loop unswitching with an estimated cost above this threshold
108     // is not performed. MaxSize is turned into unswitching quota for
109     // the current loop, and reduced correspondingly, though note that
110     // the quota is returned by releaseMemory() when the loop has been
111     // processed, so that MaxSize will return to its previous
112     // value. So in most cases MaxSize will equal the Threshold flag
113     // when a new loop is processed. An exception to that is that
114     // MaxSize will have a smaller value while processing nested loops
115     // that were introduced due to loop unswitching of an outer loop.
116     //
117     // FIXME: The way that MaxSize works is subtle and depends on the
118     // pass manager processing loops and calling releaseMemory() in a
119     // specific order. It would be good to find a more straightforward
120     // way of doing what MaxSize does.
121     unsigned MaxSize;
122
123   public:
124     LUAnalysisCache()
125         : CurLoopInstructions(nullptr), CurrentLoopProperties(nullptr),
126           MaxSize(Threshold) {}
127
128     // Analyze loop. Check its size, calculate is it possible to unswitch
129     // it. Returns true if we can unswitch this loop.
130     bool countLoop(const Loop *L, const TargetTransformInfo &TTI,
131                    AssumptionCache *AC);
132
133     // Clean all data related to given loop.
134     void forgetLoop(const Loop *L);
135
136     // Mark case value as unswitched.
137     // Since SI instruction can be partly unswitched, in order to avoid
138     // extra unswitching in cloned loops keep track all unswitched values.
139     void setUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V);
140
141     // Check was this case value unswitched before or not.
142     bool isUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V);
143
144     // Returns true if another unswitching could be done within the cost
145     // threshold.
146     bool CostAllowsUnswitching();
147
148     // Clone all loop-unswitch related loop properties.
149     // Redistribute unswitching quotas.
150     // Note, that new loop data is stored inside the VMap.
151     void cloneData(const Loop *NewLoop, const Loop *OldLoop,
152                    const ValueToValueMapTy &VMap);
153   };
154
155   class LoopUnswitch : public LoopPass {
156     LoopInfo *LI;  // Loop information
157     LPPassManager *LPM;
158     AssumptionCache *AC;
159
160     // Used to check if second loop needs processing after
161     // RewriteLoopBodyWithConditionConstant rewrites first loop.
162     std::vector<Loop*> LoopProcessWorklist;
163
164     LUAnalysisCache BranchesInfo;
165
166     bool OptimizeForSize;
167     bool redoLoop;
168
169     Loop *currentLoop;
170     DominatorTree *DT;
171     BasicBlock *loopHeader;
172     BasicBlock *loopPreheader;
173
174     bool SanitizeMemory;
175     LoopSafetyInfo SafetyInfo;
176
177     // LoopBlocks contains all of the basic blocks of the loop, including the
178     // preheader of the loop, the body of the loop, and the exit blocks of the
179     // loop, in that order.
180     std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
181     // NewBlocks contained cloned copy of basic blocks from LoopBlocks.
182     std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
183
184     bool hasBranchDivergence;
185
186   public:
187     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
188     explicit LoopUnswitch(bool Os = false, bool hasBranchDivergence = false) :
189       LoopPass(ID), OptimizeForSize(Os), redoLoop(false),
190       currentLoop(nullptr), DT(nullptr), loopHeader(nullptr),
191       loopPreheader(nullptr), hasBranchDivergence(hasBranchDivergence) {
192         initializeLoopUnswitchPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
193       }
194
195     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
196     bool processCurrentLoop();
197     bool isUnreachableDueToPreviousUnswitching(BasicBlock *);
198     /// This transformation requires natural loop information & requires that
199     /// loop preheaders be inserted into the CFG.
200     ///
201     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
202       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
203       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
204       if (hasBranchDivergence)
205         AU.addRequired<DivergenceAnalysis>();
206       getLoopAnalysisUsage(AU);
207     }
208
209   private:
210
211     void releaseMemory() override {
212       BranchesInfo.forgetLoop(currentLoop);
213     }
214
215     void initLoopData() {
216       loopHeader = currentLoop->getHeader();
217       loopPreheader = currentLoop->getLoopPreheader();
218     }
219
220     /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
221     /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
222     void SplitExitEdges(Loop *L,
223                         const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks);
224
225     bool TryTrivialLoopUnswitch(bool &Changed);
226
227     bool UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,
228                               TerminatorInst *TI = nullptr);
229     void UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
230                                   BasicBlock *ExitBlock, TerminatorInst *TI);
231     void UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *OnVal, Loop *L,
232                                      TerminatorInst *TI);
233
234     void RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
235                                               Constant *Val, bool isEqual);
236
237     void EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
238                                         BasicBlock *TrueDest,
239                                         BasicBlock *FalseDest,
240                                         Instruction *InsertPt,
241                                         TerminatorInst *TI);
242
243     void SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L);
244
245     /// Given that the Invariant is not equal to Val. Simplify instructions
246     /// in the loop.
247     Value *SimplifyInstructionWithNotEqual(Instruction *Inst, Value *Invariant,
248                                            Constant *Val);
249   };
250 }
251
252 // Analyze loop. Check its size, calculate is it possible to unswitch
253 // it. Returns true if we can unswitch this loop.
254 bool LUAnalysisCache::countLoop(const Loop *L, const TargetTransformInfo &TTI,
255                                 AssumptionCache *AC) {
256
257   LoopPropsMapIt PropsIt;
258   bool Inserted;
259   std::tie(PropsIt, Inserted) =
260       LoopsProperties.insert(std::make_pair(L, LoopProperties()));
261
262   LoopProperties &Props = PropsIt->second;
263
264   if (Inserted) {
265     // New loop.
266
267     // Limit the number of instructions to avoid causing significant code
268     // expansion, and the number of basic blocks, to avoid loops with
269     // large numbers of branches which cause loop unswitching to go crazy.
270     // This is a very ad-hoc heuristic.
271
272     SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
273     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, EphValues);
274
275     // FIXME: This is overly conservative because it does not take into
276     // consideration code simplification opportunities and code that can
277     // be shared by the resultant unswitched loops.
278     CodeMetrics Metrics;
279     for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end(); I != E;
280          ++I)
281       Metrics.analyzeBasicBlock(*I, TTI, EphValues);
282
283     Props.SizeEstimation = Metrics.NumInsts;
284     Props.CanBeUnswitchedCount = MaxSize / (Props.SizeEstimation);
285     Props.WasUnswitchedCount = 0;
286     MaxSize -= Props.SizeEstimation * Props.CanBeUnswitchedCount;
287
288     if (Metrics.notDuplicatable) {
289       DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
290                    << L->getHeader()->getName() << ", contents cannot be "
291                    << "duplicated!\n");
292       return false;
293     }
294   }
295
296   // Be careful. This links are good only before new loop addition.
297   CurrentLoopProperties = &Props;
298   CurLoopInstructions = &Props.UnswitchedVals;
299
300   return true;
301 }
302
303 // Clean all data related to given loop.
304 void LUAnalysisCache::forgetLoop(const Loop *L) {
305
306   LoopPropsMapIt LIt = LoopsProperties.find(L);
307
308   if (LIt != LoopsProperties.end()) {
309     LoopProperties &Props = LIt->second;
310     MaxSize += (Props.CanBeUnswitchedCount + Props.WasUnswitchedCount) *
311                Props.SizeEstimation;
312     LoopsProperties.erase(LIt);
313   }
314
315   CurrentLoopProperties = nullptr;
316   CurLoopInstructions = nullptr;
317 }
318
319 // Mark case value as unswitched.
320 // Since SI instruction can be partly unswitched, in order to avoid
321 // extra unswitching in cloned loops keep track all unswitched values.
322 void LUAnalysisCache::setUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V) {
323   (*CurLoopInstructions)[SI].insert(V);
324 }
325
326 // Check was this case value unswitched before or not.
327 bool LUAnalysisCache::isUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V) {
328   return (*CurLoopInstructions)[SI].count(V);
329 }
330
331 bool LUAnalysisCache::CostAllowsUnswitching() {
332   return CurrentLoopProperties->CanBeUnswitchedCount > 0;
333 }
334
335 // Clone all loop-unswitch related loop properties.
336 // Redistribute unswitching quotas.
337 // Note, that new loop data is stored inside the VMap.
338 void LUAnalysisCache::cloneData(const Loop *NewLoop, const Loop *OldLoop,
339                                 const ValueToValueMapTy &VMap) {
340
341   LoopProperties &NewLoopProps = LoopsProperties[NewLoop];
342   LoopProperties &OldLoopProps = *CurrentLoopProperties;
343   UnswitchedValsMap &Insts = OldLoopProps.UnswitchedVals;
344
345   // Reallocate "can-be-unswitched quota"
346
347   --OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount;
348   ++OldLoopProps.WasUnswitchedCount;
349   NewLoopProps.WasUnswitchedCount = 0;
350   unsigned Quota = OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount;
351   NewLoopProps.CanBeUnswitchedCount = Quota / 2;
352   OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount = Quota - Quota / 2;
353
354   NewLoopProps.SizeEstimation = OldLoopProps.SizeEstimation;
355
356   // Clone unswitched values info:
357   // for new loop switches we clone info about values that was
358   // already unswitched and has redundant successors.
359   for (UnswitchedValsIt I = Insts.begin(); I != Insts.end(); ++I) {
360     const SwitchInst *OldInst = I->first;
361     Value *NewI = VMap.lookup(OldInst);
362     const SwitchInst *NewInst = cast_or_null<SwitchInst>(NewI);
363     assert(NewInst && "All instructions that are in SrcBB must be in VMap.");
364
365     NewLoopProps.UnswitchedVals[NewInst] = OldLoopProps.UnswitchedVals[OldInst];
366   }
367 }
368
369 char LoopUnswitch::ID = 0;
370 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopUnswitch, "loop-unswitch", "Unswitch loops",
371                       false, false)
372 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
373 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopPass)
374 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
375 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DivergenceAnalysis)
376 INITIALIZE_PASS_END(LoopUnswitch, "loop-unswitch", "Unswitch loops",
377                       false, false)
378
379 Pass *llvm::createLoopUnswitchPass(bool Os, bool hasBranchDivergence) {
380   return new LoopUnswitch(Os, hasBranchDivergence);
381 }
382
383 /// Operator chain lattice.
384 enum OperatorChain {
385   OC_OpChainNone,    ///< There is no operator.
386   OC_OpChainOr,      ///< There are only ORs.
387   OC_OpChainAnd,     ///< There are only ANDs.
388   OC_OpChainMixed    ///< There are ANDs and ORs.
389 };
390
391 /// Cond is a condition that occurs in L. If it is invariant in the loop, or has
392 /// an invariant piece, return the invariant. Otherwise, return null.
393 //
394 /// NOTE: FindLIVLoopCondition will not return a partial LIV by walking up a
395 /// mixed operator chain, as we can not reliably find a value which will simplify
396 /// the operator chain. If the chain is AND-only or OR-only, we can use 0 or ~0
397 /// to simplify the chain.
398 ///
399 /// NOTE: In case a partial LIV and a mixed operator chain, we may be able to
400 /// simplify the condition itself to a loop variant condition, but at the
401 /// cost of creating an entirely new loop.
402 static Value *FindLIVLoopCondition(Value *Cond, Loop *L, bool &Changed,
403                                    OperatorChain &ParentChain,
404                                    DenseMap<Value *, Value *> &Cache) {
405   auto CacheIt = Cache.find(Cond);
406   if (CacheIt != Cache.end())
407     return CacheIt->second;
408
409   // We started analyze new instruction, increment scanned instructions counter.
410   ++TotalInsts;
411
412   // We can never unswitch on vector conditions.
413   if (Cond->getType()->isVectorTy())
414     return nullptr;
415
416   // Constants should be folded, not unswitched on!
417   if (isa<Constant>(Cond)) return nullptr;
418
419   // TODO: Handle: br (VARIANT|INVARIANT).
420
421   // Hoist simple values out.
422   if (L->makeLoopInvariant(Cond, Changed)) {
423     Cache[Cond] = Cond;
424     return Cond;
425   }
426
427   // Walk up the operator chain to find partial invariant conditions.
428   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond))
429     if (BO->getOpcode() == Instruction::And ||
430         BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
431       // Given the previous operator, compute the current operator chain status.
432       OperatorChain NewChain;
433       switch (ParentChain) {
434       case OC_OpChainNone:
435         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::And ? OC_OpChainAnd :
436                                       OC_OpChainOr;
437         break;
438       case OC_OpChainOr:
439         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::Or ? OC_OpChainOr :
440                                       OC_OpChainMixed;
441         break;
442       case OC_OpChainAnd:
443         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::And ? OC_OpChainAnd :
444                                       OC_OpChainMixed;
445         break;
446       case OC_OpChainMixed:
447         NewChain = OC_OpChainMixed;
448         break;
449       }
450
451       // If we reach a Mixed state, we do not want to keep walking up as we can not
452       // reliably find a value that will simplify the chain. With this check, we
453       // will return null on the first sight of mixed chain and the caller will
454       // either backtrack to find partial LIV in other operand or return null.
455       if (NewChain != OC_OpChainMixed) {
456         // Update the current operator chain type before we search up the chain.
457         ParentChain = NewChain;
458         // If either the left or right side is invariant, we can unswitch on this,
459         // which will cause the branch to go away in one loop and the condition to
460         // simplify in the other one.
461         if (Value *LHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(0), L, Changed,
462                                               ParentChain, Cache)) {
463           Cache[Cond] = LHS;
464           return LHS;
465         }
466         // We did not manage to find a partial LIV in operand(0). Backtrack and try
467         // operand(1).
468         ParentChain = NewChain;
469         if (Value *RHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(1), L, Changed,
470                                               ParentChain, Cache)) {
471           Cache[Cond] = RHS;
472           return RHS;
473         }
474       }
475     }
476
477   Cache[Cond] = nullptr;
478   return nullptr;
479 }
480
481 /// Cond is a condition that occurs in L. If it is invariant in the loop, or has
482 /// an invariant piece, return the invariant along with the operator chain type.
483 /// Otherwise, return null.
484 static std::pair<Value *, OperatorChain> FindLIVLoopCondition(Value *Cond,
485                                                               Loop *L,
486                                                               bool &Changed) {
487   DenseMap<Value *, Value *> Cache;
488   OperatorChain OpChain = OC_OpChainNone;
489   Value *FCond = FindLIVLoopCondition(Cond, L, Changed, OpChain, Cache);
490
491   // In case we do find a LIV, it can not be obtained by walking up a mixed
492   // operator chain.
493   assert((!FCond || OpChain != OC_OpChainMixed) &&
494         "Do not expect a partial LIV with mixed operator chain");
495   return {FCond, OpChain};
496 }
497
498 bool LoopUnswitch::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM_Ref) {
499   if (skipLoop(L))
500     return false;
501
502   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(
503       *L->getHeader()->getParent());
504   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
505   LPM = &LPM_Ref;
506   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
507   currentLoop = L;
508   Function *F = currentLoop->getHeader()->getParent();
509
510   SanitizeMemory = F->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeMemory);
511   if (SanitizeMemory)
512     computeLoopSafetyInfo(&SafetyInfo, L);
513
514   bool Changed = false;
515   do {
516     assert(currentLoop->isLCSSAForm(*DT));
517     redoLoop = false;
518     Changed |= processCurrentLoop();
519   } while(redoLoop);
520
521   // FIXME: Reconstruct dom info, because it is not preserved properly.
522   if (Changed)
523     DT->recalculate(*F);
524   return Changed;
525 }
526
527 // Return true if the BasicBlock BB is unreachable from the loop header.
528 // Return false, otherwise.
529 bool LoopUnswitch::isUnreachableDueToPreviousUnswitching(BasicBlock *BB) {
530   auto *Node = DT->getNode(BB)->getIDom();
531   BasicBlock *DomBB = Node->getBlock();
532   while (currentLoop->contains(DomBB)) {
533     BranchInst *BInst = dyn_cast<BranchInst>(DomBB->getTerminator());
534
535     Node = DT->getNode(DomBB)->getIDom();
536     DomBB = Node->getBlock();
537
538     if (!BInst || !BInst->isConditional())
539       continue;
540
541     Value *Cond = BInst->getCondition();
542     if (!isa<ConstantInt>(Cond))
543       continue;
544
545     BasicBlock *UnreachableSucc =
546         Cond == ConstantInt::getTrue(Cond->getContext())
547             ? BInst->getSuccessor(1)
548             : BInst->getSuccessor(0);
549
550     if (DT->dominates(UnreachableSucc, BB))
551       return true;
552   }
553   return false;
554 }
555
556 /// Do actual work and unswitch loop if possible and profitable.
557 bool LoopUnswitch::processCurrentLoop() {
558   bool Changed = false;
559
560   initLoopData();
561
562   // If LoopSimplify was unable to form a preheader, don't do any unswitching.
563   if (!loopPreheader)
564     return false;
565
566   // Loops with indirectbr cannot be cloned.
567   if (!currentLoop->isSafeToClone())
568     return false;
569
570   // Without dedicated exits, splitting the exit edge may fail.
571   if (!currentLoop->hasDedicatedExits())
572     return false;
573
574   LLVMContext &Context = loopHeader->getContext();
575
576   // Analyze loop cost, and stop unswitching if loop content can not be duplicated.
577   if (!BranchesInfo.countLoop(
578           currentLoop, getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
579                            *currentLoop->getHeader()->getParent()),
580           AC))
581     return false;
582
583   // Try trivial unswitch first before loop over other basic blocks in the loop.
584   if (TryTrivialLoopUnswitch(Changed)) {
585     return true;
586   }
587
588   // Run through the instructions in the loop, keeping track of three things:
589   //
590   //  - That we do not unswitch loops containing convergent operations, as we
591   //    might be making them control dependent on the unswitch value when they
592   //    were not before.
593   //    FIXME: This could be refined to only bail if the convergent operation is
594   //    not already control-dependent on the unswitch value.
595   //
596   //  - That basic blocks in the loop contain invokes whose predecessor edges we
597   //    cannot split.
598   //
599   //  - The set of guard intrinsics encountered (these are non terminator
600   //    instructions that are also profitable to be unswitched).
601
602   SmallVector<IntrinsicInst *, 4> Guards;
603
604   for (const auto BB : currentLoop->blocks()) {
605     for (auto &I : *BB) {
606       auto CS = CallSite(&I);
607       if (!CS) continue;
608       if (CS.hasFnAttr(Attribute::Convergent))
609         return false;
610       if (auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(&I))
611         if (!II->getUnwindDest()->canSplitPredecessors())
612           return false;
613       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
614         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_guard)
615           Guards.push_back(II);
616     }
617   }
618
619   // Do not do non-trivial unswitch while optimizing for size.
620   // FIXME: Use Function::optForSize().
621   if (OptimizeForSize ||
622       loopHeader->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize))
623     return false;
624
625   for (IntrinsicInst *Guard : Guards) {
626     Value *LoopCond =
627         FindLIVLoopCondition(Guard->getOperand(0), currentLoop, Changed).first;
628     if (LoopCond &&
629         UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(Context))) {
630       // NB! Unswitching (if successful) could have erased some of the
631       // instructions in Guards leaving dangling pointers there.  This is fine
632       // because we're returning now, and won't look at Guards again.
633       ++NumGuards;
634       return true;
635     }
636   }
637
638   // Loop over all of the basic blocks in the loop.  If we find an interior
639   // block that is branching on a loop-invariant condition, we can unswitch this
640   // loop.
641   for (Loop::block_iterator I = currentLoop->block_begin(),
642          E = currentLoop->block_end(); I != E; ++I) {
643     TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
644
645     // Unswitching on a potentially uninitialized predicate is not
646     // MSan-friendly. Limit this to the cases when the original predicate is
647     // guaranteed to execute, to avoid creating a use-of-uninitialized-value
648     // in the code that did not have one.
649     // This is a workaround for the discrepancy between LLVM IR and MSan
650     // semantics. See PR28054 for more details.
651     if (SanitizeMemory &&
652         !isGuaranteedToExecute(*TI, DT, currentLoop, &SafetyInfo))
653       continue;
654
655     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
656       // Some branches may be rendered unreachable because of previous
657       // unswitching.
658       // Unswitch only those branches that are reachable.
659       if (isUnreachableDueToPreviousUnswitching(*I))
660         continue;
661  
662       // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch
663       // it.
664       if (BI->isConditional()) {
665         // See if this, or some part of it, is loop invariant.  If so, we can
666         // unswitch on it if we desire.
667         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(),
668                                                currentLoop, Changed).first;
669         if (LoopCond &&
670             UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(Context), TI)) {
671           ++NumBranches;
672           return true;
673         }
674       }
675     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
676       Value *SC = SI->getCondition();
677       Value *LoopCond;
678       OperatorChain OpChain;
679       std::tie(LoopCond, OpChain) =
680         FindLIVLoopCondition(SC, currentLoop, Changed);
681
682       unsigned NumCases = SI->getNumCases();
683       if (LoopCond && NumCases) {
684         // Find a value to unswitch on:
685         // FIXME: this should chose the most expensive case!
686         // FIXME: scan for a case with a non-critical edge?
687         Constant *UnswitchVal = nullptr;
688         // Find a case value such that at least one case value is unswitched
689         // out.
690         if (OpChain == OC_OpChainAnd) {
691           // If the chain only has ANDs and the switch has a case value of 0.
692           // Dropping in a 0 to the chain will unswitch out the 0-casevalue.
693           auto *AllZero = cast<ConstantInt>(Constant::getNullValue(SC->getType()));
694           if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, AllZero))
695             continue;
696           // We are unswitching 0 out.
697           UnswitchVal = AllZero;
698         } else if (OpChain == OC_OpChainOr) {
699           // If the chain only has ORs and the switch has a case value of ~0.
700           // Dropping in a ~0 to the chain will unswitch out the ~0-casevalue.
701           auto *AllOne = cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(SC->getType()));
702           if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, AllOne))
703             continue;
704           // We are unswitching ~0 out.
705           UnswitchVal = AllOne;
706         } else {
707           assert(OpChain == OC_OpChainNone && 
708                  "Expect to unswitch on trivial chain");
709           // Do not process same value again and again.
710           // At this point we have some cases already unswitched and
711           // some not yet unswitched. Let's find the first not yet unswitched one.
712           for (auto Case : SI->cases()) {
713             Constant *UnswitchValCandidate = Case.getCaseValue();
714             if (!BranchesInfo.isUnswitched(SI, UnswitchValCandidate)) {
715               UnswitchVal = UnswitchValCandidate;
716               break;
717             }
718           }
719         }
720
721         if (!UnswitchVal)
722           continue;
723
724         if (UnswitchIfProfitable(LoopCond, UnswitchVal)) {
725           ++NumSwitches;
726           // In case of a full LIV, UnswitchVal is the value we unswitched out.
727           // In case of a partial LIV, we only unswitch when its an AND-chain
728           // or OR-chain. In both cases switch input value simplifies to
729           // UnswitchVal.
730           BranchesInfo.setUnswitched(SI, UnswitchVal);
731           return true;
732         }
733       }
734     }
735
736     // Scan the instructions to check for unswitchable values.
737     for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
738          BBI != E; ++BBI)
739       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI)) {
740         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(),
741                                                currentLoop, Changed).first;
742         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond,
743                                              ConstantInt::getTrue(Context))) {
744           ++NumSelects;
745           return true;
746         }
747       }
748   }
749   return Changed;
750 }
751
752 /// Check to see if all paths from BB exit the loop with no side effects
753 /// (including infinite loops).
754 ///
755 /// If true, we return true and set ExitBB to the block we
756 /// exit through.
757 ///
758 static bool isTrivialLoopExitBlockHelper(Loop *L, BasicBlock *BB,
759                                          BasicBlock *&ExitBB,
760                                          std::set<BasicBlock*> &Visited) {
761   if (!Visited.insert(BB).second) {
762     // Already visited. Without more analysis, this could indicate an infinite
763     // loop.
764     return false;
765   }
766   if (!L->contains(BB)) {
767     // Otherwise, this is a loop exit, this is fine so long as this is the
768     // first exit.
769     if (ExitBB) return false;
770     ExitBB = BB;
771     return true;
772   }
773
774   // Otherwise, this is an unvisited intra-loop node.  Check all successors.
775   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI) {
776     // Check to see if the successor is a trivial loop exit.
777     if (!isTrivialLoopExitBlockHelper(L, *SI, ExitBB, Visited))
778       return false;
779   }
780
781   // Okay, everything after this looks good, check to make sure that this block
782   // doesn't include any side effects.
783   for (Instruction &I : *BB)
784     if (I.mayHaveSideEffects())
785       return false;
786
787   return true;
788 }
789
790 /// Return true if the specified block unconditionally leads to an exit from
791 /// the specified loop, and has no side-effects in the process. If so, return
792 /// the block that is exited to, otherwise return null.
793 static BasicBlock *isTrivialLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *BB) {
794   std::set<BasicBlock*> Visited;
795   Visited.insert(L->getHeader());  // Branches to header make infinite loops.
796   BasicBlock *ExitBB = nullptr;
797   if (isTrivialLoopExitBlockHelper(L, BB, ExitBB, Visited))
798     return ExitBB;
799   return nullptr;
800 }
801
802 /// We have found that we can unswitch currentLoop when LoopCond == Val to
803 /// simplify the loop.  If we decide that this is profitable,
804 /// unswitch the loop, reprocess the pieces, then return true.
805 bool LoopUnswitch::UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,
806                                         TerminatorInst *TI) {
807   // Check to see if it would be profitable to unswitch current loop.
808   if (!BranchesInfo.CostAllowsUnswitching()) {
809     DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
810                  << currentLoop->getHeader()->getName()
811                  << " at non-trivial condition '" << *Val
812                  << "' == " << *LoopCond << "\n"
813                  << ". Cost too high.\n");
814     return false;
815   }
816   if (hasBranchDivergence &&
817       getAnalysis<DivergenceAnalysis>().isDivergent(LoopCond)) {
818     DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
819                  << currentLoop->getHeader()->getName()
820                  << " at non-trivial condition '" << *Val
821                  << "' == " << *LoopCond << "\n"
822                  << ". Condition is divergent.\n");
823     return false;
824   }
825
826   UnswitchNontrivialCondition(LoopCond, Val, currentLoop, TI);
827   return true;
828 }
829
830 /// Recursively clone the specified loop and all of its children,
831 /// mapping the blocks with the specified map.
832 static Loop *CloneLoop(Loop *L, Loop *PL, ValueToValueMapTy &VM,
833                        LoopInfo *LI, LPPassManager *LPM) {
834   Loop &New = *new Loop();
835   if (PL)
836     PL->addChildLoop(&New);
837   else
838     LI->addTopLevelLoop(&New);
839   LPM->addLoop(New);
840
841   // Add all of the blocks in L to the new loop.
842   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
843        I != E; ++I)
844     if (LI->getLoopFor(*I) == L)
845       New.addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[*I]), *LI);
846
847   // Add all of the subloops to the new loop.
848   for (Loop *I : *L)
849     CloneLoop(I, &New, VM, LI, LPM);
850
851   return &New;
852 }
853
854 /// Emit a conditional branch on two values if LIC == Val, branch to TrueDst,
855 /// otherwise branch to FalseDest. Insert the code immediately before InsertPt.
856 void LoopUnswitch::EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
857                                                   BasicBlock *TrueDest,
858                                                   BasicBlock *FalseDest,
859                                                   Instruction *InsertPt,
860                                                   TerminatorInst *TI) {
861   // Insert a conditional branch on LIC to the two preheaders.  The original
862   // code is the true version and the new code is the false version.
863   Value *BranchVal = LIC;
864   bool Swapped = false;
865   if (!isa<ConstantInt>(Val) ||
866       Val->getType() != Type::getInt1Ty(LIC->getContext()))
867     BranchVal = new ICmpInst(InsertPt, ICmpInst::ICMP_EQ, LIC, Val);
868   else if (Val != ConstantInt::getTrue(Val->getContext())) {
869     // We want to enter the new loop when the condition is true.
870     std::swap(TrueDest, FalseDest);
871     Swapped = true;
872   }
873
874   // Insert the new branch.
875   BranchInst *BI =
876       IRBuilder<>(InsertPt).CreateCondBr(BranchVal, TrueDest, FalseDest, TI);
877   if (Swapped)
878     BI->swapProfMetadata();
879
880   // If either edge is critical, split it. This helps preserve LoopSimplify
881   // form for enclosing loops.
882   auto Options = CriticalEdgeSplittingOptions(DT, LI).setPreserveLCSSA();
883   SplitCriticalEdge(BI, 0, Options);
884   SplitCriticalEdge(BI, 1, Options);
885 }
886
887 /// Given a loop that has a trivial unswitchable condition in it (a cond branch
888 /// from its header block to its latch block, where the path through the loop
889 /// that doesn't execute its body has no side-effects), unswitch it. This
890 /// doesn't involve any code duplication, just moving the conditional branch
891 /// outside of the loop and updating loop info.
892 void LoopUnswitch::UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
893                                             BasicBlock *ExitBlock,
894                                             TerminatorInst *TI) {
895   DEBUG(dbgs() << "loop-unswitch: Trivial-Unswitch loop %"
896                << loopHeader->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
897                << " blocks] in Function "
898                << L->getHeader()->getParent()->getName() << " on cond: " << *Val
899                << " == " << *Cond << "\n");
900
901   // First step, split the preheader, so that we know that there is a safe place
902   // to insert the conditional branch.  We will change loopPreheader to have a
903   // conditional branch on Cond.
904   BasicBlock *NewPH = SplitEdge(loopPreheader, loopHeader, DT, LI);
905
906   // Now that we have a place to insert the conditional branch, create a place
907   // to branch to: this is the exit block out of the loop that we should
908   // short-circuit to.
909
910   // Split this block now, so that the loop maintains its exit block, and so
911   // that the jump from the preheader can execute the contents of the exit block
912   // without actually branching to it (the exit block should be dominated by the
913   // loop header, not the preheader).
914   assert(!L->contains(ExitBlock) && "Exit block is in the loop?");
915   BasicBlock *NewExit = SplitBlock(ExitBlock, &ExitBlock->front(), DT, LI);
916
917   // Okay, now we have a position to branch from and a position to branch to,
918   // insert the new conditional branch.
919   EmitPreheaderBranchOnCondition(Cond, Val, NewExit, NewPH,
920                                  loopPreheader->getTerminator(), TI);
921   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(loopPreheader->getTerminator(), L);
922   loopPreheader->getTerminator()->eraseFromParent();
923
924   // We need to reprocess this loop, it could be unswitched again.
925   redoLoop = true;
926
927   // Now that we know that the loop is never entered when this condition is a
928   // particular value, rewrite the loop with this info.  We know that this will
929   // at least eliminate the old branch.
930   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, Cond, Val, false);
931   ++NumTrivial;
932 }
933
934 /// Check if the first non-constant condition starting from the loop header is
935 /// a trivial unswitch condition: that is, a condition controls whether or not
936 /// the loop does anything at all. If it is a trivial condition, unswitching
937 /// produces no code duplications (equivalently, it produces a simpler loop and
938 /// a new empty loop, which gets deleted). Therefore always unswitch trivial
939 /// condition.
940 bool LoopUnswitch::TryTrivialLoopUnswitch(bool &Changed) {
941   BasicBlock *CurrentBB = currentLoop->getHeader();
942   TerminatorInst *CurrentTerm = CurrentBB->getTerminator();
943   LLVMContext &Context = CurrentBB->getContext();
944
945   // If loop header has only one reachable successor (currently via an
946   // unconditional branch or constant foldable conditional branch, but
947   // should also consider adding constant foldable switch instruction in
948   // future), we should keep looking for trivial condition candidates in
949   // the successor as well. An alternative is to constant fold conditions
950   // and merge successors into loop header (then we only need to check header's
951   // terminator). The reason for not doing this in LoopUnswitch pass is that
952   // it could potentially break LoopPassManager's invariants. Folding dead
953   // branches could either eliminate the current loop or make other loops
954   // unreachable. LCSSA form might also not be preserved after deleting
955   // branches. The following code keeps traversing loop header's successors
956   // until it finds the trivial condition candidate (condition that is not a
957   // constant). Since unswitching generates branches with constant conditions,
958   // this scenario could be very common in practice.
959   SmallSet<BasicBlock*, 8> Visited;
960
961   while (true) {
962     // If we exit loop or reach a previous visited block, then
963     // we can not reach any trivial condition candidates (unfoldable
964     // branch instructions or switch instructions) and no unswitch
965     // can happen. Exit and return false.
966     if (!currentLoop->contains(CurrentBB) || !Visited.insert(CurrentBB).second)
967       return false;
968
969     // Check if this loop will execute any side-effecting instructions (e.g.
970     // stores, calls, volatile loads) in the part of the loop that the code
971     // *would* execute. Check the header first.
972     for (Instruction &I : *CurrentBB)
973       if (I.mayHaveSideEffects())
974         return false;
975
976     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentTerm)) {
977       if (BI->isUnconditional()) {
978         CurrentBB = BI->getSuccessor(0);
979       } else if (BI->getCondition() == ConstantInt::getTrue(Context)) {
980         CurrentBB = BI->getSuccessor(0);
981       } else if (BI->getCondition() == ConstantInt::getFalse(Context)) {
982         CurrentBB = BI->getSuccessor(1);
983       } else {
984         // Found a trivial condition candidate: non-foldable conditional branch.
985         break;
986       }
987     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurrentTerm)) {
988       // At this point, any constant-foldable instructions should have probably
989       // been folded.
990       ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition());
991       if (!Cond)
992         break;
993       // Find the target block we are definitely going to.
994       CurrentBB = SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor();
995     } else {
996       // We do not understand these terminator instructions.
997       break;
998     }
999
1000     CurrentTerm = CurrentBB->getTerminator();
1001   }
1002
1003   // CondVal is the condition that controls the trivial condition.
1004   // LoopExitBB is the BasicBlock that loop exits when meets trivial condition.
1005   Constant *CondVal = nullptr;
1006   BasicBlock *LoopExitBB = nullptr;
1007
1008   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentTerm)) {
1009     // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch it.
1010     if (!BI->isConditional())
1011       return false;
1012
1013     Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(),
1014                                            currentLoop, Changed).first;
1015
1016     // Unswitch only if the trivial condition itself is an LIV (not
1017     // partial LIV which could occur in and/or)
1018     if (!LoopCond || LoopCond != BI->getCondition())
1019       return false;
1020
1021     // Check to see if a successor of the branch is guaranteed to
1022     // exit through a unique exit block without having any
1023     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes
1024     // it to do this.
1025     if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(currentLoop,
1026                                              BI->getSuccessor(0)))) {
1027       CondVal = ConstantInt::getTrue(Context);
1028     } else if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(currentLoop,
1029                                                     BI->getSuccessor(1)))) {
1030       CondVal = ConstantInt::getFalse(Context);
1031     }
1032
1033     // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit
1034     // block contains phi nodes, this isn't trivial.
1035     if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
1036       return false;   // Can't handle this.
1037
1038     UnswitchTrivialCondition(currentLoop, LoopCond, CondVal, LoopExitBB,
1039                              CurrentTerm);
1040     ++NumBranches;
1041     return true;
1042   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurrentTerm)) {
1043     // If this isn't switching on an invariant condition, we can't unswitch it.
1044     Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(),
1045                                            currentLoop, Changed).first;
1046
1047     // Unswitch only if the trivial condition itself is an LIV (not
1048     // partial LIV which could occur in and/or)
1049     if (!LoopCond || LoopCond != SI->getCondition())
1050       return false;
1051
1052     // Check to see if a successor of the switch is guaranteed to go to the
1053     // latch block or exit through a one exit block without having any
1054     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
1055     // this.
1056     // Note that we can't trivially unswitch on the default case or
1057     // on already unswitched cases.
1058     for (auto Case : SI->cases()) {
1059       BasicBlock *LoopExitCandidate;
1060       if ((LoopExitCandidate =
1061                isTrivialLoopExitBlock(currentLoop, Case.getCaseSuccessor()))) {
1062         // Okay, we found a trivial case, remember the value that is trivial.
1063         ConstantInt *CaseVal = Case.getCaseValue();
1064
1065         // Check that it was not unswitched before, since already unswitched
1066         // trivial vals are looks trivial too.
1067         if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, CaseVal))
1068           continue;
1069         LoopExitBB = LoopExitCandidate;
1070         CondVal = CaseVal;
1071         break;
1072       }
1073     }
1074
1075     // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit
1076     // block contains phi nodes, this isn't trivial.
1077     if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
1078       return false;   // Can't handle this.
1079
1080     UnswitchTrivialCondition(currentLoop, LoopCond, CondVal, LoopExitBB,
1081                              nullptr);
1082
1083     // We are only unswitching full LIV.
1084     BranchesInfo.setUnswitched(SI, CondVal);
1085     ++NumSwitches;
1086     return true;
1087   }
1088   return false;
1089 }
1090
1091 /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
1092 /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
1093 void LoopUnswitch::SplitExitEdges(Loop *L,
1094                                const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks){
1095
1096   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1097     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
1098     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(ExitBlock),
1099                                        pred_end(ExitBlock));
1100
1101     // Although SplitBlockPredecessors doesn't preserve loop-simplify in
1102     // general, if we call it on all predecessors of all exits then it does.
1103     SplitBlockPredecessors(ExitBlock, Preds, ".us-lcssa", DT, LI,
1104                            /*PreserveLCSSA*/ true);
1105   }
1106 }
1107
1108 /// We determined that the loop is profitable to unswitch when LIC equal Val.
1109 /// Split it into loop versions and test the condition outside of either loop.
1110 /// Return the loops created as Out1/Out2.
1111 void LoopUnswitch::UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *Val,
1112                                                Loop *L, TerminatorInst *TI) {
1113   Function *F = loopHeader->getParent();
1114   DEBUG(dbgs() << "loop-unswitch: Unswitching loop %"
1115         << loopHeader->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
1116         << " blocks] in Function " << F->getName()
1117         << " when '" << *Val << "' == " << *LIC << "\n");
1118
1119   if (auto *SEWP = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolutionWrapperPass>())
1120     SEWP->getSE().forgetLoop(L);
1121
1122   LoopBlocks.clear();
1123   NewBlocks.clear();
1124
1125   // First step, split the preheader and exit blocks, and add these blocks to
1126   // the LoopBlocks list.
1127   BasicBlock *NewPreheader = SplitEdge(loopPreheader, loopHeader, DT, LI);
1128   LoopBlocks.push_back(NewPreheader);
1129
1130   // We want the loop to come after the preheader, but before the exit blocks.
1131   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
1132
1133   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1134   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1135
1136   // Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.  Update
1137   // the appropriate Phi nodes as we do so.
1138   SplitExitEdges(L, ExitBlocks);
1139
1140   // The exit blocks may have been changed due to edge splitting, recompute.
1141   ExitBlocks.clear();
1142   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1143
1144   // Add exit blocks to the loop blocks.
1145   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
1146
1147   // Next step, clone all of the basic blocks that make up the loop (including
1148   // the loop preheader and exit blocks), keeping track of the mapping between
1149   // the instructions and blocks.
1150   NewBlocks.reserve(LoopBlocks.size());
1151   ValueToValueMapTy VMap;
1152   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
1153     BasicBlock *NewBB = CloneBasicBlock(LoopBlocks[i], VMap, ".us", F);
1154
1155     NewBlocks.push_back(NewBB);
1156     VMap[LoopBlocks[i]] = NewBB;  // Keep the BB mapping.
1157     LPM->cloneBasicBlockSimpleAnalysis(LoopBlocks[i], NewBB, L);
1158   }
1159
1160   // Splice the newly inserted blocks into the function right before the
1161   // original preheader.
1162   F->getBasicBlockList().splice(NewPreheader->getIterator(),
1163                                 F->getBasicBlockList(),
1164                                 NewBlocks[0]->getIterator(), F->end());
1165
1166   // Now we create the new Loop object for the versioned loop.
1167   Loop *NewLoop = CloneLoop(L, L->getParentLoop(), VMap, LI, LPM);
1168
1169   // Recalculate unswitching quota, inherit simplified switches info for NewBB,
1170   // Probably clone more loop-unswitch related loop properties.
1171   BranchesInfo.cloneData(NewLoop, L, VMap);
1172
1173   Loop *ParentLoop = L->getParentLoop();
1174   if (ParentLoop) {
1175     // Make sure to add the cloned preheader and exit blocks to the parent loop
1176     // as well.
1177     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewBlocks[0], *LI);
1178   }
1179
1180   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1181     BasicBlock *NewExit = cast<BasicBlock>(VMap[ExitBlocks[i]]);
1182     // The new exit block should be in the same loop as the old one.
1183     if (Loop *ExitBBLoop = LI->getLoopFor(ExitBlocks[i]))
1184       ExitBBLoop->addBasicBlockToLoop(NewExit, *LI);
1185
1186     assert(NewExit->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
1187            "Exit block should have been split to have one successor!");
1188     BasicBlock *ExitSucc = NewExit->getTerminator()->getSuccessor(0);
1189
1190     // If the successor of the exit block had PHI nodes, add an entry for
1191     // NewExit.
1192     for (BasicBlock::iterator I = ExitSucc->begin();
1193          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1194       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(ExitBlocks[i]);
1195       ValueToValueMapTy::iterator It = VMap.find(V);
1196       if (It != VMap.end()) V = It->second;
1197       PN->addIncoming(V, NewExit);
1198     }
1199
1200     if (LandingPadInst *LPad = NewExit->getLandingPadInst()) {
1201       PHINode *PN = PHINode::Create(LPad->getType(), 0, "",
1202                                     &*ExitSucc->getFirstInsertionPt());
1203
1204       for (pred_iterator I = pred_begin(ExitSucc), E = pred_end(ExitSucc);
1205            I != E; ++I) {
1206         BasicBlock *BB = *I;
1207         LandingPadInst *LPI = BB->getLandingPadInst();
1208         LPI->replaceAllUsesWith(PN);
1209         PN->addIncoming(LPI, BB);
1210       }
1211     }
1212   }
1213
1214   // Rewrite the code to refer to itself.
1215   for (unsigned i = 0, e = NewBlocks.size(); i != e; ++i) {
1216     for (Instruction &I : *NewBlocks[i]) {
1217       RemapInstruction(&I, VMap,
1218                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingLocals);
1219       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
1220         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
1221           AC->registerAssumption(II);
1222     }
1223   }
1224
1225   // Rewrite the original preheader to select between versions of the loop.
1226   BranchInst *OldBR = cast<BranchInst>(loopPreheader->getTerminator());
1227   assert(OldBR->isUnconditional() && OldBR->getSuccessor(0) == LoopBlocks[0] &&
1228          "Preheader splitting did not work correctly!");
1229
1230   // Emit the new branch that selects between the two versions of this loop.
1231   EmitPreheaderBranchOnCondition(LIC, Val, NewBlocks[0], LoopBlocks[0], OldBR,
1232                                  TI);
1233   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OldBR, L);
1234   OldBR->eraseFromParent();
1235
1236   LoopProcessWorklist.push_back(NewLoop);
1237   redoLoop = true;
1238
1239   // Keep a WeakTrackingVH holding onto LIC.  If the first call to
1240   // RewriteLoopBody
1241   // deletes the instruction (for example by simplifying a PHI that feeds into
1242   // the condition that we're unswitching on), we don't rewrite the second
1243   // iteration.
1244   WeakTrackingVH LICHandle(LIC);
1245
1246   // Now we rewrite the original code to know that the condition is true and the
1247   // new code to know that the condition is false.
1248   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, LIC, Val, false);
1249
1250   // It's possible that simplifying one loop could cause the other to be
1251   // changed to another value or a constant.  If its a constant, don't simplify
1252   // it.
1253   if (!LoopProcessWorklist.empty() && LoopProcessWorklist.back() == NewLoop &&
1254       LICHandle && !isa<Constant>(LICHandle))
1255     RewriteLoopBodyWithConditionConstant(NewLoop, LICHandle, Val, true);
1256 }
1257
1258 /// Remove all instances of I from the worklist vector specified.
1259 static void RemoveFromWorklist(Instruction *I,
1260                                std::vector<Instruction*> &Worklist) {
1261
1262   Worklist.erase(std::remove(Worklist.begin(), Worklist.end(), I),
1263                  Worklist.end());
1264 }
1265
1266 /// When we find that I really equals V, remove I from the
1267 /// program, replacing all uses with V and update the worklist.
1268 static void ReplaceUsesOfWith(Instruction *I, Value *V,
1269                               std::vector<Instruction*> &Worklist,
1270                               Loop *L, LPPassManager *LPM) {
1271   DEBUG(dbgs() << "Replace with '" << *V << "': " << *I << "\n");
1272
1273   // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1274   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1275     if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1276       Worklist.push_back(Use);
1277
1278   // Add users to the worklist which may be simplified now.
1279   for (User *U : I->users())
1280     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
1281   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1282   RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1283   I->replaceAllUsesWith(V);
1284   if (!I->mayHaveSideEffects())
1285     I->eraseFromParent();
1286   ++NumSimplify;
1287 }
1288
1289 /// We know either that the value LIC has the value specified by Val in the
1290 /// specified loop, or we know it does NOT have that value.
1291 /// Rewrite any uses of LIC or of properties correlated to it.
1292 void LoopUnswitch::RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
1293                                                         Constant *Val,
1294                                                         bool IsEqual) {
1295   assert(!isa<Constant>(LIC) && "Why are we unswitching on a constant?");
1296
1297   // FIXME: Support correlated properties, like:
1298   //  for (...)
1299   //    if (li1 < li2)
1300   //      ...
1301   //    if (li1 > li2)
1302   //      ...
1303
1304   // FOLD boolean conditions (X|LIC), (X&LIC).  Fold conditional branches,
1305   // selects, switches.
1306   std::vector<Instruction*> Worklist;
1307   LLVMContext &Context = Val->getContext();
1308
1309   // If we know that LIC == Val, or that LIC == NotVal, just replace uses of LIC
1310   // in the loop with the appropriate one directly.
1311   if (IsEqual || (isa<ConstantInt>(Val) &&
1312       Val->getType()->isIntegerTy(1))) {
1313     Value *Replacement;
1314     if (IsEqual)
1315       Replacement = Val;
1316     else
1317       Replacement = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Val->getContext()),
1318                                      !cast<ConstantInt>(Val)->getZExtValue());
1319
1320     for (User *U : LIC->users()) {
1321       Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1322       if (!UI || !L->contains(UI))
1323         continue;
1324       Worklist.push_back(UI);
1325     }
1326
1327     for (Instruction *UI : Worklist)
1328       UI->replaceUsesOfWith(LIC, Replacement);
1329
1330     SimplifyCode(Worklist, L);
1331     return;
1332   }
1333
1334   // Otherwise, we don't know the precise value of LIC, but we do know that it
1335   // is certainly NOT "Val".  As such, simplify any uses in the loop that we
1336   // can.  This case occurs when we unswitch switch statements.
1337   for (User *U : LIC->users()) {
1338     Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1339     if (!UI || !L->contains(UI))
1340       continue;
1341
1342     // At this point, we know LIC is definitely not Val. Try to use some simple
1343     // logic to simplify the user w.r.t. to the context.
1344     if (Value *Replacement = SimplifyInstructionWithNotEqual(UI, LIC, Val)) {
1345       if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(UI, Replacement)) {
1346         // This in-loop instruction has been simplified w.r.t. its context,
1347         // i.e. LIC != Val, make sure we propagate its replacement value to
1348         // all its users.
1349         //  
1350         // We can not yet delete UI, the LIC user, yet, because that would invalidate
1351         // the LIC->users() iterator !. However, we can make this instruction
1352         // dead by replacing all its users and push it onto the worklist so that
1353         // it can be properly deleted and its operands simplified. 
1354         UI->replaceAllUsesWith(Replacement);
1355       }
1356     }
1357
1358     // This is a LIC user, push it into the worklist so that SimplifyCode can
1359     // attempt to simplify it.
1360     Worklist.push_back(UI);
1361
1362     // If we know that LIC is not Val, use this info to simplify code.
1363     SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UI);
1364     if (!SI || !isa<ConstantInt>(Val)) continue;
1365
1366     // NOTE: if a case value for the switch is unswitched out, we record it
1367     // after the unswitch finishes. We can not record it here as the switch
1368     // is not a direct user of the partial LIV.
1369     SwitchInst::CaseHandle DeadCase =
1370         *SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val));
1371     // Default case is live for multiple values.
1372     if (DeadCase == *SI->case_default())
1373       continue;
1374
1375     // Found a dead case value.  Don't remove PHI nodes in the
1376     // successor if they become single-entry, those PHI nodes may
1377     // be in the Users list.
1378
1379     BasicBlock *Switch = SI->getParent();
1380     BasicBlock *SISucc = DeadCase.getCaseSuccessor();
1381     BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
1382
1383     if (!SI->findCaseDest(SISucc)) continue;  // Edge is critical.
1384     // If the DeadCase successor dominates the loop latch, then the
1385     // transformation isn't safe since it will delete the sole predecessor edge
1386     // to the latch.
1387     if (Latch && DT->dominates(SISucc, Latch))
1388       continue;
1389
1390     // FIXME: This is a hack.  We need to keep the successor around
1391     // and hooked up so as to preserve the loop structure, because
1392     // trying to update it is complicated.  So instead we preserve the
1393     // loop structure and put the block on a dead code path.
1394     SplitEdge(Switch, SISucc, DT, LI);
1395     // Compute the successors instead of relying on the return value
1396     // of SplitEdge, since it may have split the switch successor
1397     // after PHI nodes.
1398     BasicBlock *NewSISucc = DeadCase.getCaseSuccessor();
1399     BasicBlock *OldSISucc = *succ_begin(NewSISucc);
1400     // Create an "unreachable" destination.
1401     BasicBlock *Abort = BasicBlock::Create(Context, "us-unreachable",
1402                                            Switch->getParent(),
1403                                            OldSISucc);
1404     new UnreachableInst(Context, Abort);
1405     // Force the new case destination to branch to the "unreachable"
1406     // block while maintaining a (dead) CFG edge to the old block.
1407     NewSISucc->getTerminator()->eraseFromParent();
1408     BranchInst::Create(Abort, OldSISucc,
1409                        ConstantInt::getTrue(Context), NewSISucc);
1410     // Release the PHI operands for this edge.
1411     for (BasicBlock::iterator II = NewSISucc->begin();
1412          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(II); ++II)
1413       PN->setIncomingValue(PN->getBasicBlockIndex(Switch),
1414                            UndefValue::get(PN->getType()));
1415     // Tell the domtree about the new block. We don't fully update the
1416     // domtree here -- instead we force it to do a full recomputation
1417     // after the pass is complete -- but we do need to inform it of
1418     // new blocks.
1419     DT->addNewBlock(Abort, NewSISucc);
1420   }
1421
1422   SimplifyCode(Worklist, L);
1423 }
1424
1425 /// Now that we have simplified some instructions in the loop, walk over it and
1426 /// constant prop, dce, and fold control flow where possible. Note that this is
1427 /// effectively a very simple loop-structure-aware optimizer. During processing
1428 /// of this loop, L could very well be deleted, so it must not be used.
1429 ///
1430 /// FIXME: When the loop optimizer is more mature, separate this out to a new
1431 /// pass.
1432 ///
1433 void LoopUnswitch::SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L) {
1434   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1435   while (!Worklist.empty()) {
1436     Instruction *I = Worklist.back();
1437     Worklist.pop_back();
1438
1439     // Simple DCE.
1440     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1441       DEBUG(dbgs() << "Remove dead instruction '" << *I << "\n");
1442
1443       // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1444       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1445         if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1446           Worklist.push_back(Use);
1447       LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1448       RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1449       I->eraseFromParent();
1450       ++NumSimplify;
1451       continue;
1452     }
1453
1454     // See if instruction simplification can hack this up.  This is common for
1455     // things like "select false, X, Y" after unswitching made the condition be
1456     // 'false'.  TODO: update the domtree properly so we can pass it here.
1457     if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL))
1458       if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(I, V)) {
1459         ReplaceUsesOfWith(I, V, Worklist, L, LPM);
1460         continue;
1461       }
1462
1463     // Special case hacks that appear commonly in unswitched code.
1464     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1465       if (BI->isUnconditional()) {
1466         // If BI's parent is the only pred of the successor, fold the two blocks
1467         // together.
1468         BasicBlock *Pred = BI->getParent();
1469         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1470         BasicBlock *SinglePred = Succ->getSinglePredecessor();
1471         if (!SinglePred) continue;  // Nothing to do.
1472         assert(SinglePred == Pred && "CFG broken");
1473
1474         DEBUG(dbgs() << "Merging blocks: " << Pred->getName() << " <- "
1475               << Succ->getName() << "\n");
1476
1477         // Resolve any single entry PHI nodes in Succ.
1478         while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Succ->begin()))
1479           ReplaceUsesOfWith(PN, PN->getIncomingValue(0), Worklist, L, LPM);
1480
1481         // If Succ has any successors with PHI nodes, update them to have
1482         // entries coming from Pred instead of Succ.
1483         Succ->replaceAllUsesWith(Pred);
1484
1485         // Move all of the successor contents from Succ to Pred.
1486         Pred->getInstList().splice(BI->getIterator(), Succ->getInstList(),
1487                                    Succ->begin(), Succ->end());
1488         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1489         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1490         BI->eraseFromParent();
1491
1492         // Remove Succ from the loop tree.
1493         LI->removeBlock(Succ);
1494         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Succ, L);
1495         Succ->eraseFromParent();
1496         ++NumSimplify;
1497         continue;
1498       }
1499
1500       continue;
1501     }
1502   }
1503 }
1504
1505 /// Simple simplifications we can do given the information that Cond is
1506 /// definitely not equal to Val.
1507 Value *LoopUnswitch::SimplifyInstructionWithNotEqual(Instruction *Inst,
1508                                                      Value *Invariant,
1509                                                      Constant *Val) {
1510   // icmp eq cond, val -> false
1511   ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst);
1512   if (CI && CI->isEquality()) {
1513     Value *Op0 = CI->getOperand(0);
1514     Value *Op1 = CI->getOperand(1);
1515     if ((Op0 == Invariant && Op1 == Val) || (Op0 == Val && Op1 == Invariant)) {
1516       LLVMContext &Ctx = Inst->getContext();
1517       if (CI->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1518         return ConstantInt::getFalse(Ctx);
1519       else 
1520         return ConstantInt::getTrue(Ctx);
1521      }
1522   }
1523
1524   // FIXME: there may be other opportunities, e.g. comparison with floating
1525   // point, or Invariant - Val != 0, etc.
1526   return nullptr;
1527 }