]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/LoopUnswitch.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ release_60 r321788,
[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/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.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/IR/Attributes.h"
43 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
44 #include "llvm/IR/CallSite.h"
45 #include "llvm/IR/Constant.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/IRBuilder.h"
51 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
52 #include "llvm/IR/Instruction.h"
53 #include "llvm/IR/Instructions.h"
54 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
55 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
56 #include "llvm/IR/Module.h"
57 #include "llvm/IR/Type.h"
58 #include "llvm/IR/User.h"
59 #include "llvm/IR/Value.h"
60 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
61 #include "llvm/Pass.h"
62 #include "llvm/Support/Casting.h"
63 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
64 #include "llvm/Support/Debug.h"
65 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
66 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
69 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
70 #include "llvm/Transforms/Utils/LoopUtils.h"
71 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
72 #include <algorithm>
73 #include <cassert>
74 #include <map>
75 #include <set>
76 #include <tuple>
77 #include <utility>
78 #include <vector>
79
80 using namespace llvm;
81
82 #define DEBUG_TYPE "loop-unswitch"
83
84 STATISTIC(NumBranches, "Number of branches unswitched");
85 STATISTIC(NumSwitches, "Number of switches unswitched");
86 STATISTIC(NumGuards,   "Number of guards unswitched");
87 STATISTIC(NumSelects , "Number of selects unswitched");
88 STATISTIC(NumTrivial , "Number of unswitches that are trivial");
89 STATISTIC(NumSimplify, "Number of simplifications of unswitched code");
90 STATISTIC(TotalInsts,  "Total number of instructions analyzed");
91
92 // The specific value of 100 here was chosen based only on intuition and a
93 // few specific examples.
94 static cl::opt<unsigned>
95 Threshold("loop-unswitch-threshold", cl::desc("Max loop size to unswitch"),
96           cl::init(100), cl::Hidden);
97
98 namespace {
99
100   class LUAnalysisCache {
101     using UnswitchedValsMap =
102         DenseMap<const SwitchInst *, SmallPtrSet<const Value *, 8>>;
103     using UnswitchedValsIt = UnswitchedValsMap::iterator;
104
105     struct LoopProperties {
106       unsigned CanBeUnswitchedCount;
107       unsigned WasUnswitchedCount;
108       unsigned SizeEstimation;
109       UnswitchedValsMap UnswitchedVals;
110     };
111
112     // Here we use std::map instead of DenseMap, since we need to keep valid
113     // LoopProperties pointer for current loop for better performance.
114     using LoopPropsMap = std::map<const Loop *, LoopProperties>;
115     using LoopPropsMapIt = LoopPropsMap::iterator;
116
117     LoopPropsMap LoopsProperties;
118     UnswitchedValsMap *CurLoopInstructions = nullptr;
119     LoopProperties *CurrentLoopProperties = nullptr;
120
121     // A loop unswitching with an estimated cost above this threshold
122     // is not performed. MaxSize is turned into unswitching quota for
123     // the current loop, and reduced correspondingly, though note that
124     // the quota is returned by releaseMemory() when the loop has been
125     // processed, so that MaxSize will return to its previous
126     // value. So in most cases MaxSize will equal the Threshold flag
127     // when a new loop is processed. An exception to that is that
128     // MaxSize will have a smaller value while processing nested loops
129     // that were introduced due to loop unswitching of an outer loop.
130     //
131     // FIXME: The way that MaxSize works is subtle and depends on the
132     // pass manager processing loops and calling releaseMemory() in a
133     // specific order. It would be good to find a more straightforward
134     // way of doing what MaxSize does.
135     unsigned MaxSize;
136
137   public:
138     LUAnalysisCache() : MaxSize(Threshold) {}
139
140     // Analyze loop. Check its size, calculate is it possible to unswitch
141     // it. Returns true if we can unswitch this loop.
142     bool countLoop(const Loop *L, const TargetTransformInfo &TTI,
143                    AssumptionCache *AC);
144
145     // Clean all data related to given loop.
146     void forgetLoop(const Loop *L);
147
148     // Mark case value as unswitched.
149     // Since SI instruction can be partly unswitched, in order to avoid
150     // extra unswitching in cloned loops keep track all unswitched values.
151     void setUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V);
152
153     // Check was this case value unswitched before or not.
154     bool isUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V);
155
156     // Returns true if another unswitching could be done within the cost
157     // threshold.
158     bool CostAllowsUnswitching();
159
160     // Clone all loop-unswitch related loop properties.
161     // Redistribute unswitching quotas.
162     // Note, that new loop data is stored inside the VMap.
163     void cloneData(const Loop *NewLoop, const Loop *OldLoop,
164                    const ValueToValueMapTy &VMap);
165   };
166
167   class LoopUnswitch : public LoopPass {
168     LoopInfo *LI;  // Loop information
169     LPPassManager *LPM;
170     AssumptionCache *AC;
171
172     // Used to check if second loop needs processing after
173     // RewriteLoopBodyWithConditionConstant rewrites first loop.
174     std::vector<Loop*> LoopProcessWorklist;
175
176     LUAnalysisCache BranchesInfo;
177
178     bool OptimizeForSize;
179     bool redoLoop = false;
180
181     Loop *currentLoop = nullptr;
182     DominatorTree *DT = nullptr;
183     BasicBlock *loopHeader = nullptr;
184     BasicBlock *loopPreheader = nullptr;
185
186     bool SanitizeMemory;
187     LoopSafetyInfo SafetyInfo;
188
189     // LoopBlocks contains all of the basic blocks of the loop, including the
190     // preheader of the loop, the body of the loop, and the exit blocks of the
191     // loop, in that order.
192     std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
193     // NewBlocks contained cloned copy of basic blocks from LoopBlocks.
194     std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
195
196     bool hasBranchDivergence;
197
198   public:
199     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
200
201     explicit LoopUnswitch(bool Os = false, bool hasBranchDivergence = false)
202         : LoopPass(ID), OptimizeForSize(Os),
203           hasBranchDivergence(hasBranchDivergence) {
204         initializeLoopUnswitchPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
205     }
206
207     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) override;
208     bool processCurrentLoop();
209     bool isUnreachableDueToPreviousUnswitching(BasicBlock *);
210
211     /// This transformation requires natural loop information & requires that
212     /// loop preheaders be inserted into the CFG.
213     ///
214     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
215       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
216       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
217       if (hasBranchDivergence)
218         AU.addRequired<DivergenceAnalysis>();
219       getLoopAnalysisUsage(AU);
220     }
221
222   private:
223     void releaseMemory() override {
224       BranchesInfo.forgetLoop(currentLoop);
225     }
226
227     void initLoopData() {
228       loopHeader = currentLoop->getHeader();
229       loopPreheader = currentLoop->getLoopPreheader();
230     }
231
232     /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
233     /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
234     void SplitExitEdges(Loop *L,
235                         const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks);
236
237     bool TryTrivialLoopUnswitch(bool &Changed);
238
239     bool UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,
240                               TerminatorInst *TI = nullptr);
241     void UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
242                                   BasicBlock *ExitBlock, TerminatorInst *TI);
243     void UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *OnVal, Loop *L,
244                                      TerminatorInst *TI);
245
246     void RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
247                                               Constant *Val, bool isEqual);
248
249     void EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
250                                         BasicBlock *TrueDest,
251                                         BasicBlock *FalseDest,
252                                         BranchInst *OldBranch,
253                                         TerminatorInst *TI);
254
255     void SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L);
256
257     /// Given that the Invariant is not equal to Val. Simplify instructions
258     /// in the loop.
259     Value *SimplifyInstructionWithNotEqual(Instruction *Inst, Value *Invariant,
260                                            Constant *Val);
261   };
262
263 } // end anonymous namespace
264
265 // Analyze loop. Check its size, calculate is it possible to unswitch
266 // it. Returns true if we can unswitch this loop.
267 bool LUAnalysisCache::countLoop(const Loop *L, const TargetTransformInfo &TTI,
268                                 AssumptionCache *AC) {
269   LoopPropsMapIt PropsIt;
270   bool Inserted;
271   std::tie(PropsIt, Inserted) =
272       LoopsProperties.insert(std::make_pair(L, LoopProperties()));
273
274   LoopProperties &Props = PropsIt->second;
275
276   if (Inserted) {
277     // New loop.
278
279     // Limit the number of instructions to avoid causing significant code
280     // expansion, and the number of basic blocks, to avoid loops with
281     // large numbers of branches which cause loop unswitching to go crazy.
282     // This is a very ad-hoc heuristic.
283
284     SmallPtrSet<const Value *, 32> EphValues;
285     CodeMetrics::collectEphemeralValues(L, AC, EphValues);
286
287     // FIXME: This is overly conservative because it does not take into
288     // consideration code simplification opportunities and code that can
289     // be shared by the resultant unswitched loops.
290     CodeMetrics Metrics;
291     for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end(); I != E;
292          ++I)
293       Metrics.analyzeBasicBlock(*I, TTI, EphValues);
294
295     Props.SizeEstimation = Metrics.NumInsts;
296     Props.CanBeUnswitchedCount = MaxSize / (Props.SizeEstimation);
297     Props.WasUnswitchedCount = 0;
298     MaxSize -= Props.SizeEstimation * Props.CanBeUnswitchedCount;
299
300     if (Metrics.notDuplicatable) {
301       DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
302                    << L->getHeader()->getName() << ", contents cannot be "
303                    << "duplicated!\n");
304       return false;
305     }
306   }
307
308   // Be careful. This links are good only before new loop addition.
309   CurrentLoopProperties = &Props;
310   CurLoopInstructions = &Props.UnswitchedVals;
311
312   return true;
313 }
314
315 // Clean all data related to given loop.
316 void LUAnalysisCache::forgetLoop(const Loop *L) {
317   LoopPropsMapIt LIt = LoopsProperties.find(L);
318
319   if (LIt != LoopsProperties.end()) {
320     LoopProperties &Props = LIt->second;
321     MaxSize += (Props.CanBeUnswitchedCount + Props.WasUnswitchedCount) *
322                Props.SizeEstimation;
323     LoopsProperties.erase(LIt);
324   }
325
326   CurrentLoopProperties = nullptr;
327   CurLoopInstructions = nullptr;
328 }
329
330 // Mark case value as unswitched.
331 // Since SI instruction can be partly unswitched, in order to avoid
332 // extra unswitching in cloned loops keep track all unswitched values.
333 void LUAnalysisCache::setUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V) {
334   (*CurLoopInstructions)[SI].insert(V);
335 }
336
337 // Check was this case value unswitched before or not.
338 bool LUAnalysisCache::isUnswitched(const SwitchInst *SI, const Value *V) {
339   return (*CurLoopInstructions)[SI].count(V);
340 }
341
342 bool LUAnalysisCache::CostAllowsUnswitching() {
343   return CurrentLoopProperties->CanBeUnswitchedCount > 0;
344 }
345
346 // Clone all loop-unswitch related loop properties.
347 // Redistribute unswitching quotas.
348 // Note, that new loop data is stored inside the VMap.
349 void LUAnalysisCache::cloneData(const Loop *NewLoop, const Loop *OldLoop,
350                                 const ValueToValueMapTy &VMap) {
351   LoopProperties &NewLoopProps = LoopsProperties[NewLoop];
352   LoopProperties &OldLoopProps = *CurrentLoopProperties;
353   UnswitchedValsMap &Insts = OldLoopProps.UnswitchedVals;
354
355   // Reallocate "can-be-unswitched quota"
356
357   --OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount;
358   ++OldLoopProps.WasUnswitchedCount;
359   NewLoopProps.WasUnswitchedCount = 0;
360   unsigned Quota = OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount;
361   NewLoopProps.CanBeUnswitchedCount = Quota / 2;
362   OldLoopProps.CanBeUnswitchedCount = Quota - Quota / 2;
363
364   NewLoopProps.SizeEstimation = OldLoopProps.SizeEstimation;
365
366   // Clone unswitched values info:
367   // for new loop switches we clone info about values that was
368   // already unswitched and has redundant successors.
369   for (UnswitchedValsIt I = Insts.begin(); I != Insts.end(); ++I) {
370     const SwitchInst *OldInst = I->first;
371     Value *NewI = VMap.lookup(OldInst);
372     const SwitchInst *NewInst = cast_or_null<SwitchInst>(NewI);
373     assert(NewInst && "All instructions that are in SrcBB must be in VMap.");
374
375     NewLoopProps.UnswitchedVals[NewInst] = OldLoopProps.UnswitchedVals[OldInst];
376   }
377 }
378
379 char LoopUnswitch::ID = 0;
380
381 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LoopUnswitch, "loop-unswitch", "Unswitch loops",
382                       false, false)
383 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
384 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopPass)
385 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetTransformInfoWrapperPass)
386 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DivergenceAnalysis)
387 INITIALIZE_PASS_END(LoopUnswitch, "loop-unswitch", "Unswitch loops",
388                       false, false)
389
390 Pass *llvm::createLoopUnswitchPass(bool Os, bool hasBranchDivergence) {
391   return new LoopUnswitch(Os, hasBranchDivergence);
392 }
393
394 /// Operator chain lattice.
395 enum OperatorChain {
396   OC_OpChainNone,    ///< There is no operator.
397   OC_OpChainOr,      ///< There are only ORs.
398   OC_OpChainAnd,     ///< There are only ANDs.
399   OC_OpChainMixed    ///< There are ANDs and ORs.
400 };
401
402 /// Cond is a condition that occurs in L. If it is invariant in the loop, or has
403 /// an invariant piece, return the invariant. Otherwise, return null.
404 //
405 /// NOTE: FindLIVLoopCondition will not return a partial LIV by walking up a
406 /// mixed operator chain, as we can not reliably find a value which will simplify
407 /// the operator chain. If the chain is AND-only or OR-only, we can use 0 or ~0
408 /// to simplify the chain.
409 ///
410 /// NOTE: In case a partial LIV and a mixed operator chain, we may be able to
411 /// simplify the condition itself to a loop variant condition, but at the
412 /// cost of creating an entirely new loop.
413 static Value *FindLIVLoopCondition(Value *Cond, Loop *L, bool &Changed,
414                                    OperatorChain &ParentChain,
415                                    DenseMap<Value *, Value *> &Cache) {
416   auto CacheIt = Cache.find(Cond);
417   if (CacheIt != Cache.end())
418     return CacheIt->second;
419
420   // We started analyze new instruction, increment scanned instructions counter.
421   ++TotalInsts;
422
423   // We can never unswitch on vector conditions.
424   if (Cond->getType()->isVectorTy())
425     return nullptr;
426
427   // Constants should be folded, not unswitched on!
428   if (isa<Constant>(Cond)) return nullptr;
429
430   // TODO: Handle: br (VARIANT|INVARIANT).
431
432   // Hoist simple values out.
433   if (L->makeLoopInvariant(Cond, Changed)) {
434     Cache[Cond] = Cond;
435     return Cond;
436   }
437
438   // Walk up the operator chain to find partial invariant conditions.
439   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond))
440     if (BO->getOpcode() == Instruction::And ||
441         BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
442       // Given the previous operator, compute the current operator chain status.
443       OperatorChain NewChain;
444       switch (ParentChain) {
445       case OC_OpChainNone:
446         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::And ? OC_OpChainAnd :
447                                       OC_OpChainOr;
448         break;
449       case OC_OpChainOr:
450         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::Or ? OC_OpChainOr :
451                                       OC_OpChainMixed;
452         break;
453       case OC_OpChainAnd:
454         NewChain = BO->getOpcode() == Instruction::And ? OC_OpChainAnd :
455                                       OC_OpChainMixed;
456         break;
457       case OC_OpChainMixed:
458         NewChain = OC_OpChainMixed;
459         break;
460       }
461
462       // If we reach a Mixed state, we do not want to keep walking up as we can not
463       // reliably find a value that will simplify the chain. With this check, we
464       // will return null on the first sight of mixed chain and the caller will
465       // either backtrack to find partial LIV in other operand or return null.
466       if (NewChain != OC_OpChainMixed) {
467         // Update the current operator chain type before we search up the chain.
468         ParentChain = NewChain;
469         // If either the left or right side is invariant, we can unswitch on this,
470         // which will cause the branch to go away in one loop and the condition to
471         // simplify in the other one.
472         if (Value *LHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(0), L, Changed,
473                                               ParentChain, Cache)) {
474           Cache[Cond] = LHS;
475           return LHS;
476         }
477         // We did not manage to find a partial LIV in operand(0). Backtrack and try
478         // operand(1).
479         ParentChain = NewChain;
480         if (Value *RHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(1), L, Changed,
481                                               ParentChain, Cache)) {
482           Cache[Cond] = RHS;
483           return RHS;
484         }
485       }
486     }
487
488   Cache[Cond] = nullptr;
489   return nullptr;
490 }
491
492 /// Cond is a condition that occurs in L. If it is invariant in the loop, or has
493 /// an invariant piece, return the invariant along with the operator chain type.
494 /// Otherwise, return null.
495 static std::pair<Value *, OperatorChain> FindLIVLoopCondition(Value *Cond,
496                                                               Loop *L,
497                                                               bool &Changed) {
498   DenseMap<Value *, Value *> Cache;
499   OperatorChain OpChain = OC_OpChainNone;
500   Value *FCond = FindLIVLoopCondition(Cond, L, Changed, OpChain, Cache);
501
502   // In case we do find a LIV, it can not be obtained by walking up a mixed
503   // operator chain.
504   assert((!FCond || OpChain != OC_OpChainMixed) &&
505         "Do not expect a partial LIV with mixed operator chain");
506   return {FCond, OpChain};
507 }
508
509 bool LoopUnswitch::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM_Ref) {
510   if (skipLoop(L))
511     return false;
512
513   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(
514       *L->getHeader()->getParent());
515   LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
516   LPM = &LPM_Ref;
517   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
518   currentLoop = L;
519   Function *F = currentLoop->getHeader()->getParent();
520
521   SanitizeMemory = F->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeMemory);
522   if (SanitizeMemory)
523     computeLoopSafetyInfo(&SafetyInfo, L);
524
525   bool Changed = false;
526   do {
527     assert(currentLoop->isLCSSAForm(*DT));
528     redoLoop = false;
529     Changed |= processCurrentLoop();
530   } while(redoLoop);
531
532   return Changed;
533 }
534
535 // Return true if the BasicBlock BB is unreachable from the loop header.
536 // Return false, otherwise.
537 bool LoopUnswitch::isUnreachableDueToPreviousUnswitching(BasicBlock *BB) {
538   auto *Node = DT->getNode(BB)->getIDom();
539   BasicBlock *DomBB = Node->getBlock();
540   while (currentLoop->contains(DomBB)) {
541     BranchInst *BInst = dyn_cast<BranchInst>(DomBB->getTerminator());
542
543     Node = DT->getNode(DomBB)->getIDom();
544     DomBB = Node->getBlock();
545
546     if (!BInst || !BInst->isConditional())
547       continue;
548
549     Value *Cond = BInst->getCondition();
550     if (!isa<ConstantInt>(Cond))
551       continue;
552
553     BasicBlock *UnreachableSucc =
554         Cond == ConstantInt::getTrue(Cond->getContext())
555             ? BInst->getSuccessor(1)
556             : BInst->getSuccessor(0);
557
558     if (DT->dominates(UnreachableSucc, BB))
559       return true;
560   }
561   return false;
562 }
563
564 /// FIXME: Remove this workaround when freeze related patches are done.
565 /// LoopUnswitch and Equality propagation in GVN have discrepancy about
566 /// whether branch on undef/poison has undefine behavior. Here it is to
567 /// rule out some common cases that we found such discrepancy already
568 /// causing problems. Detail could be found in PR31652. Note if the
569 /// func returns true, it is unsafe. But if it is false, it doesn't mean
570 /// it is necessarily safe.
571 static bool EqualityPropUnSafe(Value &LoopCond) {
572   ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&LoopCond);
573   if (!CI || !CI->isEquality())
574     return false;
575
576   Value *LHS = CI->getOperand(0);
577   Value *RHS = CI->getOperand(1);
578   if (isa<UndefValue>(LHS) || isa<UndefValue>(RHS))
579     return true;
580
581   auto hasUndefInPHI = [](PHINode &PN) {
582     for (Value *Opd : PN.incoming_values()) {
583       if (isa<UndefValue>(Opd))
584         return true;
585     }
586     return false;
587   };
588   PHINode *LPHI = dyn_cast<PHINode>(LHS);
589   PHINode *RPHI = dyn_cast<PHINode>(RHS);
590   if ((LPHI && hasUndefInPHI(*LPHI)) || (RPHI && hasUndefInPHI(*RPHI)))
591     return true;
592
593   auto hasUndefInSelect = [](SelectInst &SI) {
594     if (isa<UndefValue>(SI.getTrueValue()) ||
595         isa<UndefValue>(SI.getFalseValue()))
596       return true;
597     return false;
598   };
599   SelectInst *LSI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
600   SelectInst *RSI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
601   if ((LSI && hasUndefInSelect(*LSI)) || (RSI && hasUndefInSelect(*RSI)))
602     return true;
603   return false;
604 }
605
606 /// Do actual work and unswitch loop if possible and profitable.
607 bool LoopUnswitch::processCurrentLoop() {
608   bool Changed = false;
609
610   initLoopData();
611
612   // If LoopSimplify was unable to form a preheader, don't do any unswitching.
613   if (!loopPreheader)
614     return false;
615
616   // Loops with indirectbr cannot be cloned.
617   if (!currentLoop->isSafeToClone())
618     return false;
619
620   // Without dedicated exits, splitting the exit edge may fail.
621   if (!currentLoop->hasDedicatedExits())
622     return false;
623
624   LLVMContext &Context = loopHeader->getContext();
625
626   // Analyze loop cost, and stop unswitching if loop content can not be duplicated.
627   if (!BranchesInfo.countLoop(
628           currentLoop, getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(
629                            *currentLoop->getHeader()->getParent()),
630           AC))
631     return false;
632
633   // Try trivial unswitch first before loop over other basic blocks in the loop.
634   if (TryTrivialLoopUnswitch(Changed)) {
635     return true;
636   }
637
638   // Run through the instructions in the loop, keeping track of three things:
639   //
640   //  - That we do not unswitch loops containing convergent operations, as we
641   //    might be making them control dependent on the unswitch value when they
642   //    were not before.
643   //    FIXME: This could be refined to only bail if the convergent operation is
644   //    not already control-dependent on the unswitch value.
645   //
646   //  - That basic blocks in the loop contain invokes whose predecessor edges we
647   //    cannot split.
648   //
649   //  - The set of guard intrinsics encountered (these are non terminator
650   //    instructions that are also profitable to be unswitched).
651
652   SmallVector<IntrinsicInst *, 4> Guards;
653
654   for (const auto BB : currentLoop->blocks()) {
655     for (auto &I : *BB) {
656       auto CS = CallSite(&I);
657       if (!CS) continue;
658       if (CS.hasFnAttr(Attribute::Convergent))
659         return false;
660       if (auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(&I))
661         if (!II->getUnwindDest()->canSplitPredecessors())
662           return false;
663       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
664         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_guard)
665           Guards.push_back(II);
666     }
667   }
668
669   // Do not do non-trivial unswitch while optimizing for size.
670   // FIXME: Use Function::optForSize().
671   if (OptimizeForSize ||
672       loopHeader->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize))
673     return false;
674
675   for (IntrinsicInst *Guard : Guards) {
676     Value *LoopCond =
677         FindLIVLoopCondition(Guard->getOperand(0), currentLoop, Changed).first;
678     if (LoopCond &&
679         UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(Context))) {
680       // NB! Unswitching (if successful) could have erased some of the
681       // instructions in Guards leaving dangling pointers there.  This is fine
682       // because we're returning now, and won't look at Guards again.
683       ++NumGuards;
684       return true;
685     }
686   }
687
688   // Loop over all of the basic blocks in the loop.  If we find an interior
689   // block that is branching on a loop-invariant condition, we can unswitch this
690   // loop.
691   for (Loop::block_iterator I = currentLoop->block_begin(),
692          E = currentLoop->block_end(); I != E; ++I) {
693     TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
694
695     // Unswitching on a potentially uninitialized predicate is not
696     // MSan-friendly. Limit this to the cases when the original predicate is
697     // guaranteed to execute, to avoid creating a use-of-uninitialized-value
698     // in the code that did not have one.
699     // This is a workaround for the discrepancy between LLVM IR and MSan
700     // semantics. See PR28054 for more details.
701     if (SanitizeMemory &&
702         !isGuaranteedToExecute(*TI, DT, currentLoop, &SafetyInfo))
703       continue;
704
705     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
706       // Some branches may be rendered unreachable because of previous
707       // unswitching.
708       // Unswitch only those branches that are reachable.
709       if (isUnreachableDueToPreviousUnswitching(*I))
710         continue;
711  
712       // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch
713       // it.
714       if (BI->isConditional()) {
715         // See if this, or some part of it, is loop invariant.  If so, we can
716         // unswitch on it if we desire.
717         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(),
718                                                currentLoop, Changed).first;
719         if (LoopCond && !EqualityPropUnSafe(*LoopCond) &&
720             UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(Context), TI)) {
721           ++NumBranches;
722           return true;
723         }
724       }
725     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
726       Value *SC = SI->getCondition();
727       Value *LoopCond;
728       OperatorChain OpChain;
729       std::tie(LoopCond, OpChain) =
730         FindLIVLoopCondition(SC, currentLoop, Changed);
731
732       unsigned NumCases = SI->getNumCases();
733       if (LoopCond && NumCases) {
734         // Find a value to unswitch on:
735         // FIXME: this should chose the most expensive case!
736         // FIXME: scan for a case with a non-critical edge?
737         Constant *UnswitchVal = nullptr;
738         // Find a case value such that at least one case value is unswitched
739         // out.
740         if (OpChain == OC_OpChainAnd) {
741           // If the chain only has ANDs and the switch has a case value of 0.
742           // Dropping in a 0 to the chain will unswitch out the 0-casevalue.
743           auto *AllZero = cast<ConstantInt>(Constant::getNullValue(SC->getType()));
744           if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, AllZero))
745             continue;
746           // We are unswitching 0 out.
747           UnswitchVal = AllZero;
748         } else if (OpChain == OC_OpChainOr) {
749           // If the chain only has ORs and the switch has a case value of ~0.
750           // Dropping in a ~0 to the chain will unswitch out the ~0-casevalue.
751           auto *AllOne = cast<ConstantInt>(Constant::getAllOnesValue(SC->getType()));
752           if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, AllOne))
753             continue;
754           // We are unswitching ~0 out.
755           UnswitchVal = AllOne;
756         } else {
757           assert(OpChain == OC_OpChainNone && 
758                  "Expect to unswitch on trivial chain");
759           // Do not process same value again and again.
760           // At this point we have some cases already unswitched and
761           // some not yet unswitched. Let's find the first not yet unswitched one.
762           for (auto Case : SI->cases()) {
763             Constant *UnswitchValCandidate = Case.getCaseValue();
764             if (!BranchesInfo.isUnswitched(SI, UnswitchValCandidate)) {
765               UnswitchVal = UnswitchValCandidate;
766               break;
767             }
768           }
769         }
770
771         if (!UnswitchVal)
772           continue;
773
774         if (UnswitchIfProfitable(LoopCond, UnswitchVal)) {
775           ++NumSwitches;
776           // In case of a full LIV, UnswitchVal is the value we unswitched out.
777           // In case of a partial LIV, we only unswitch when its an AND-chain
778           // or OR-chain. In both cases switch input value simplifies to
779           // UnswitchVal.
780           BranchesInfo.setUnswitched(SI, UnswitchVal);
781           return true;
782         }
783       }
784     }
785
786     // Scan the instructions to check for unswitchable values.
787     for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin(), E = (*I)->end();
788          BBI != E; ++BBI)
789       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI)) {
790         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(),
791                                                currentLoop, Changed).first;
792         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond,
793                                              ConstantInt::getTrue(Context))) {
794           ++NumSelects;
795           return true;
796         }
797       }
798   }
799   return Changed;
800 }
801
802 /// Check to see if all paths from BB exit the loop with no side effects
803 /// (including infinite loops).
804 ///
805 /// If true, we return true and set ExitBB to the block we
806 /// exit through.
807 ///
808 static bool isTrivialLoopExitBlockHelper(Loop *L, BasicBlock *BB,
809                                          BasicBlock *&ExitBB,
810                                          std::set<BasicBlock*> &Visited) {
811   if (!Visited.insert(BB).second) {
812     // Already visited. Without more analysis, this could indicate an infinite
813     // loop.
814     return false;
815   }
816   if (!L->contains(BB)) {
817     // Otherwise, this is a loop exit, this is fine so long as this is the
818     // first exit.
819     if (ExitBB) return false;
820     ExitBB = BB;
821     return true;
822   }
823
824   // Otherwise, this is an unvisited intra-loop node.  Check all successors.
825   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI) {
826     // Check to see if the successor is a trivial loop exit.
827     if (!isTrivialLoopExitBlockHelper(L, *SI, ExitBB, Visited))
828       return false;
829   }
830
831   // Okay, everything after this looks good, check to make sure that this block
832   // doesn't include any side effects.
833   for (Instruction &I : *BB)
834     if (I.mayHaveSideEffects())
835       return false;
836
837   return true;
838 }
839
840 /// Return true if the specified block unconditionally leads to an exit from
841 /// the specified loop, and has no side-effects in the process. If so, return
842 /// the block that is exited to, otherwise return null.
843 static BasicBlock *isTrivialLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *BB) {
844   std::set<BasicBlock*> Visited;
845   Visited.insert(L->getHeader());  // Branches to header make infinite loops.
846   BasicBlock *ExitBB = nullptr;
847   if (isTrivialLoopExitBlockHelper(L, BB, ExitBB, Visited))
848     return ExitBB;
849   return nullptr;
850 }
851
852 /// We have found that we can unswitch currentLoop when LoopCond == Val to
853 /// simplify the loop.  If we decide that this is profitable,
854 /// unswitch the loop, reprocess the pieces, then return true.
855 bool LoopUnswitch::UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,
856                                         TerminatorInst *TI) {
857   // Check to see if it would be profitable to unswitch current loop.
858   if (!BranchesInfo.CostAllowsUnswitching()) {
859     DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
860                  << currentLoop->getHeader()->getName()
861                  << " at non-trivial condition '" << *Val
862                  << "' == " << *LoopCond << "\n"
863                  << ". Cost too high.\n");
864     return false;
865   }
866   if (hasBranchDivergence &&
867       getAnalysis<DivergenceAnalysis>().isDivergent(LoopCond)) {
868     DEBUG(dbgs() << "NOT unswitching loop %"
869                  << currentLoop->getHeader()->getName()
870                  << " at non-trivial condition '" << *Val
871                  << "' == " << *LoopCond << "\n"
872                  << ". Condition is divergent.\n");
873     return false;
874   }
875
876   UnswitchNontrivialCondition(LoopCond, Val, currentLoop, TI);
877   return true;
878 }
879
880 /// Recursively clone the specified loop and all of its children,
881 /// mapping the blocks with the specified map.
882 static Loop *CloneLoop(Loop *L, Loop *PL, ValueToValueMapTy &VM,
883                        LoopInfo *LI, LPPassManager *LPM) {
884   Loop &New = *LI->AllocateLoop();
885   if (PL)
886     PL->addChildLoop(&New);
887   else
888     LI->addTopLevelLoop(&New);
889   LPM->addLoop(New);
890
891   // Add all of the blocks in L to the new loop.
892   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
893        I != E; ++I)
894     if (LI->getLoopFor(*I) == L)
895       New.addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[*I]), *LI);
896
897   // Add all of the subloops to the new loop.
898   for (Loop *I : *L)
899     CloneLoop(I, &New, VM, LI, LPM);
900
901   return &New;
902 }
903
904 /// Emit a conditional branch on two values if LIC == Val, branch to TrueDst,
905 /// otherwise branch to FalseDest. Insert the code immediately before OldBranch
906 /// and remove (but not erase!) it from the function.
907 void LoopUnswitch::EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
908                                                   BasicBlock *TrueDest,
909                                                   BasicBlock *FalseDest,
910                                                   BranchInst *OldBranch,
911                                                   TerminatorInst *TI) {
912   assert(OldBranch->isUnconditional() && "Preheader is not split correctly");
913   // Insert a conditional branch on LIC to the two preheaders.  The original
914   // code is the true version and the new code is the false version.
915   Value *BranchVal = LIC;
916   bool Swapped = false;
917   if (!isa<ConstantInt>(Val) ||
918       Val->getType() != Type::getInt1Ty(LIC->getContext()))
919     BranchVal = new ICmpInst(OldBranch, ICmpInst::ICMP_EQ, LIC, Val);
920   else if (Val != ConstantInt::getTrue(Val->getContext())) {
921     // We want to enter the new loop when the condition is true.
922     std::swap(TrueDest, FalseDest);
923     Swapped = true;
924   }
925
926   // Old branch will be removed, so save its parent and successor to update the
927   // DomTree.
928   auto *OldBranchSucc = OldBranch->getSuccessor(0);
929   auto *OldBranchParent = OldBranch->getParent();
930
931   // Insert the new branch.
932   BranchInst *BI =
933       IRBuilder<>(OldBranch).CreateCondBr(BranchVal, TrueDest, FalseDest, TI);
934   if (Swapped)
935     BI->swapProfMetadata();
936
937   // Remove the old branch so there is only one branch at the end. This is
938   // needed to perform DomTree's internal DFS walk on the function's CFG.
939   OldBranch->removeFromParent();
940
941   // Inform the DT about the new branch.
942   if (DT) {
943     // First, add both successors.
944     SmallVector<DominatorTree::UpdateType, 3> Updates;
945     if (TrueDest != OldBranchParent)
946       Updates.push_back({DominatorTree::Insert, OldBranchParent, TrueDest});
947     if (FalseDest != OldBranchParent)
948       Updates.push_back({DominatorTree::Insert, OldBranchParent, FalseDest});
949     // If both of the new successors are different from the old one, inform the
950     // DT that the edge was deleted.
951     if (OldBranchSucc != TrueDest && OldBranchSucc != FalseDest) {
952       Updates.push_back({DominatorTree::Delete, OldBranchParent, OldBranchSucc});
953     }
954
955     DT->applyUpdates(Updates);
956   }
957
958   // If either edge is critical, split it. This helps preserve LoopSimplify
959   // form for enclosing loops.
960   auto Options = CriticalEdgeSplittingOptions(DT, LI).setPreserveLCSSA();
961   SplitCriticalEdge(BI, 0, Options);
962   SplitCriticalEdge(BI, 1, Options);
963 }
964
965 /// Given a loop that has a trivial unswitchable condition in it (a cond branch
966 /// from its header block to its latch block, where the path through the loop
967 /// that doesn't execute its body has no side-effects), unswitch it. This
968 /// doesn't involve any code duplication, just moving the conditional branch
969 /// outside of the loop and updating loop info.
970 void LoopUnswitch::UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
971                                             BasicBlock *ExitBlock,
972                                             TerminatorInst *TI) {
973   DEBUG(dbgs() << "loop-unswitch: Trivial-Unswitch loop %"
974                << loopHeader->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
975                << " blocks] in Function "
976                << L->getHeader()->getParent()->getName() << " on cond: " << *Val
977                << " == " << *Cond << "\n");
978
979   // First step, split the preheader, so that we know that there is a safe place
980   // to insert the conditional branch.  We will change loopPreheader to have a
981   // conditional branch on Cond.
982   BasicBlock *NewPH = SplitEdge(loopPreheader, loopHeader, DT, LI);
983
984   // Now that we have a place to insert the conditional branch, create a place
985   // to branch to: this is the exit block out of the loop that we should
986   // short-circuit to.
987
988   // Split this block now, so that the loop maintains its exit block, and so
989   // that the jump from the preheader can execute the contents of the exit block
990   // without actually branching to it (the exit block should be dominated by the
991   // loop header, not the preheader).
992   assert(!L->contains(ExitBlock) && "Exit block is in the loop?");
993   BasicBlock *NewExit = SplitBlock(ExitBlock, &ExitBlock->front(), DT, LI);
994
995   // Okay, now we have a position to branch from and a position to branch to,
996   // insert the new conditional branch.
997   auto *OldBranch = dyn_cast<BranchInst>(loopPreheader->getTerminator());
998   assert(OldBranch && "Failed to split the preheader");
999   EmitPreheaderBranchOnCondition(Cond, Val, NewExit, NewPH, OldBranch, TI);
1000   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OldBranch, L);
1001
1002   // EmitPreheaderBranchOnCondition removed the OldBranch from the function.
1003   // Delete it, as it is no longer needed.
1004   delete OldBranch;
1005
1006   // We need to reprocess this loop, it could be unswitched again.
1007   redoLoop = true;
1008
1009   // Now that we know that the loop is never entered when this condition is a
1010   // particular value, rewrite the loop with this info.  We know that this will
1011   // at least eliminate the old branch.
1012   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, Cond, Val, false);
1013   ++NumTrivial;
1014 }
1015
1016 /// Check if the first non-constant condition starting from the loop header is
1017 /// a trivial unswitch condition: that is, a condition controls whether or not
1018 /// the loop does anything at all. If it is a trivial condition, unswitching
1019 /// produces no code duplications (equivalently, it produces a simpler loop and
1020 /// a new empty loop, which gets deleted). Therefore always unswitch trivial
1021 /// condition.
1022 bool LoopUnswitch::TryTrivialLoopUnswitch(bool &Changed) {
1023   BasicBlock *CurrentBB = currentLoop->getHeader();
1024   TerminatorInst *CurrentTerm = CurrentBB->getTerminator();
1025   LLVMContext &Context = CurrentBB->getContext();
1026
1027   // If loop header has only one reachable successor (currently via an
1028   // unconditional branch or constant foldable conditional branch, but
1029   // should also consider adding constant foldable switch instruction in
1030   // future), we should keep looking for trivial condition candidates in
1031   // the successor as well. An alternative is to constant fold conditions
1032   // and merge successors into loop header (then we only need to check header's
1033   // terminator). The reason for not doing this in LoopUnswitch pass is that
1034   // it could potentially break LoopPassManager's invariants. Folding dead
1035   // branches could either eliminate the current loop or make other loops
1036   // unreachable. LCSSA form might also not be preserved after deleting
1037   // branches. The following code keeps traversing loop header's successors
1038   // until it finds the trivial condition candidate (condition that is not a
1039   // constant). Since unswitching generates branches with constant conditions,
1040   // this scenario could be very common in practice.
1041   SmallSet<BasicBlock*, 8> Visited;
1042
1043   while (true) {
1044     // If we exit loop or reach a previous visited block, then
1045     // we can not reach any trivial condition candidates (unfoldable
1046     // branch instructions or switch instructions) and no unswitch
1047     // can happen. Exit and return false.
1048     if (!currentLoop->contains(CurrentBB) || !Visited.insert(CurrentBB).second)
1049       return false;
1050
1051     // Check if this loop will execute any side-effecting instructions (e.g.
1052     // stores, calls, volatile loads) in the part of the loop that the code
1053     // *would* execute. Check the header first.
1054     for (Instruction &I : *CurrentBB)
1055       if (I.mayHaveSideEffects())
1056         return false;
1057
1058     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentTerm)) {
1059       if (BI->isUnconditional()) {
1060         CurrentBB = BI->getSuccessor(0);
1061       } else if (BI->getCondition() == ConstantInt::getTrue(Context)) {
1062         CurrentBB = BI->getSuccessor(0);
1063       } else if (BI->getCondition() == ConstantInt::getFalse(Context)) {
1064         CurrentBB = BI->getSuccessor(1);
1065       } else {
1066         // Found a trivial condition candidate: non-foldable conditional branch.
1067         break;
1068       }
1069     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurrentTerm)) {
1070       // At this point, any constant-foldable instructions should have probably
1071       // been folded.
1072       ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition());
1073       if (!Cond)
1074         break;
1075       // Find the target block we are definitely going to.
1076       CurrentBB = SI->findCaseValue(Cond)->getCaseSuccessor();
1077     } else {
1078       // We do not understand these terminator instructions.
1079       break;
1080     }
1081
1082     CurrentTerm = CurrentBB->getTerminator();
1083   }
1084
1085   // CondVal is the condition that controls the trivial condition.
1086   // LoopExitBB is the BasicBlock that loop exits when meets trivial condition.
1087   Constant *CondVal = nullptr;
1088   BasicBlock *LoopExitBB = nullptr;
1089
1090   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentTerm)) {
1091     // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch it.
1092     if (!BI->isConditional())
1093       return false;
1094
1095     Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(),
1096                                            currentLoop, Changed).first;
1097
1098     // Unswitch only if the trivial condition itself is an LIV (not
1099     // partial LIV which could occur in and/or)
1100     if (!LoopCond || LoopCond != BI->getCondition())
1101       return false;
1102
1103     // Check to see if a successor of the branch is guaranteed to
1104     // exit through a unique exit block without having any
1105     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes
1106     // it to do this.
1107     if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(currentLoop,
1108                                              BI->getSuccessor(0)))) {
1109       CondVal = ConstantInt::getTrue(Context);
1110     } else if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(currentLoop,
1111                                                     BI->getSuccessor(1)))) {
1112       CondVal = ConstantInt::getFalse(Context);
1113     }
1114
1115     // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit
1116     // block contains phi nodes, this isn't trivial.
1117     if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
1118       return false;   // Can't handle this.
1119
1120     if (EqualityPropUnSafe(*LoopCond))
1121       return false;
1122
1123     UnswitchTrivialCondition(currentLoop, LoopCond, CondVal, LoopExitBB,
1124                              CurrentTerm);
1125     ++NumBranches;
1126     return true;
1127   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurrentTerm)) {
1128     // If this isn't switching on an invariant condition, we can't unswitch it.
1129     Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(),
1130                                            currentLoop, Changed).first;
1131
1132     // Unswitch only if the trivial condition itself is an LIV (not
1133     // partial LIV which could occur in and/or)
1134     if (!LoopCond || LoopCond != SI->getCondition())
1135       return false;
1136
1137     // Check to see if a successor of the switch is guaranteed to go to the
1138     // latch block or exit through a one exit block without having any
1139     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
1140     // this.
1141     // Note that we can't trivially unswitch on the default case or
1142     // on already unswitched cases.
1143     for (auto Case : SI->cases()) {
1144       BasicBlock *LoopExitCandidate;
1145       if ((LoopExitCandidate =
1146                isTrivialLoopExitBlock(currentLoop, Case.getCaseSuccessor()))) {
1147         // Okay, we found a trivial case, remember the value that is trivial.
1148         ConstantInt *CaseVal = Case.getCaseValue();
1149
1150         // Check that it was not unswitched before, since already unswitched
1151         // trivial vals are looks trivial too.
1152         if (BranchesInfo.isUnswitched(SI, CaseVal))
1153           continue;
1154         LoopExitBB = LoopExitCandidate;
1155         CondVal = CaseVal;
1156         break;
1157       }
1158     }
1159
1160     // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit
1161     // block contains phi nodes, this isn't trivial.
1162     if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
1163       return false;   // Can't handle this.
1164
1165     UnswitchTrivialCondition(currentLoop, LoopCond, CondVal, LoopExitBB,
1166                              nullptr);
1167
1168     // We are only unswitching full LIV.
1169     BranchesInfo.setUnswitched(SI, CondVal);
1170     ++NumSwitches;
1171     return true;
1172   }
1173   return false;
1174 }
1175
1176 /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
1177 /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
1178 void LoopUnswitch::SplitExitEdges(Loop *L,
1179                                const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &ExitBlocks){
1180
1181   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1182     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
1183     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(ExitBlock),
1184                                        pred_end(ExitBlock));
1185
1186     // Although SplitBlockPredecessors doesn't preserve loop-simplify in
1187     // general, if we call it on all predecessors of all exits then it does.
1188     SplitBlockPredecessors(ExitBlock, Preds, ".us-lcssa", DT, LI,
1189                            /*PreserveLCSSA*/ true);
1190   }
1191 }
1192
1193 /// We determined that the loop is profitable to unswitch when LIC equal Val.
1194 /// Split it into loop versions and test the condition outside of either loop.
1195 /// Return the loops created as Out1/Out2.
1196 void LoopUnswitch::UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *Val,
1197                                                Loop *L, TerminatorInst *TI) {
1198   Function *F = loopHeader->getParent();
1199   DEBUG(dbgs() << "loop-unswitch: Unswitching loop %"
1200         << loopHeader->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
1201         << " blocks] in Function " << F->getName()
1202         << " when '" << *Val << "' == " << *LIC << "\n");
1203
1204   if (auto *SEWP = getAnalysisIfAvailable<ScalarEvolutionWrapperPass>())
1205     SEWP->getSE().forgetLoop(L);
1206
1207   LoopBlocks.clear();
1208   NewBlocks.clear();
1209
1210   // First step, split the preheader and exit blocks, and add these blocks to
1211   // the LoopBlocks list.
1212   BasicBlock *NewPreheader = SplitEdge(loopPreheader, loopHeader, DT, LI);
1213   LoopBlocks.push_back(NewPreheader);
1214
1215   // We want the loop to come after the preheader, but before the exit blocks.
1216   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
1217
1218   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
1219   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1220
1221   // Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.  Update
1222   // the appropriate Phi nodes as we do so.
1223   SplitExitEdges(L, ExitBlocks);
1224
1225   // The exit blocks may have been changed due to edge splitting, recompute.
1226   ExitBlocks.clear();
1227   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
1228
1229   // Add exit blocks to the loop blocks.
1230   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
1231
1232   // Next step, clone all of the basic blocks that make up the loop (including
1233   // the loop preheader and exit blocks), keeping track of the mapping between
1234   // the instructions and blocks.
1235   NewBlocks.reserve(LoopBlocks.size());
1236   ValueToValueMapTy VMap;
1237   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
1238     BasicBlock *NewBB = CloneBasicBlock(LoopBlocks[i], VMap, ".us", F);
1239
1240     NewBlocks.push_back(NewBB);
1241     VMap[LoopBlocks[i]] = NewBB;  // Keep the BB mapping.
1242     LPM->cloneBasicBlockSimpleAnalysis(LoopBlocks[i], NewBB, L);
1243   }
1244
1245   // Splice the newly inserted blocks into the function right before the
1246   // original preheader.
1247   F->getBasicBlockList().splice(NewPreheader->getIterator(),
1248                                 F->getBasicBlockList(),
1249                                 NewBlocks[0]->getIterator(), F->end());
1250
1251   // Now we create the new Loop object for the versioned loop.
1252   Loop *NewLoop = CloneLoop(L, L->getParentLoop(), VMap, LI, LPM);
1253
1254   // Recalculate unswitching quota, inherit simplified switches info for NewBB,
1255   // Probably clone more loop-unswitch related loop properties.
1256   BranchesInfo.cloneData(NewLoop, L, VMap);
1257
1258   Loop *ParentLoop = L->getParentLoop();
1259   if (ParentLoop) {
1260     // Make sure to add the cloned preheader and exit blocks to the parent loop
1261     // as well.
1262     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewBlocks[0], *LI);
1263   }
1264
1265   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
1266     BasicBlock *NewExit = cast<BasicBlock>(VMap[ExitBlocks[i]]);
1267     // The new exit block should be in the same loop as the old one.
1268     if (Loop *ExitBBLoop = LI->getLoopFor(ExitBlocks[i]))
1269       ExitBBLoop->addBasicBlockToLoop(NewExit, *LI);
1270
1271     assert(NewExit->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
1272            "Exit block should have been split to have one successor!");
1273     BasicBlock *ExitSucc = NewExit->getTerminator()->getSuccessor(0);
1274
1275     // If the successor of the exit block had PHI nodes, add an entry for
1276     // NewExit.
1277     for (PHINode &PN : ExitSucc->phis()) {
1278       Value *V = PN.getIncomingValueForBlock(ExitBlocks[i]);
1279       ValueToValueMapTy::iterator It = VMap.find(V);
1280       if (It != VMap.end()) V = It->second;
1281       PN.addIncoming(V, NewExit);
1282     }
1283
1284     if (LandingPadInst *LPad = NewExit->getLandingPadInst()) {
1285       PHINode *PN = PHINode::Create(LPad->getType(), 0, "",
1286                                     &*ExitSucc->getFirstInsertionPt());
1287
1288       for (pred_iterator I = pred_begin(ExitSucc), E = pred_end(ExitSucc);
1289            I != E; ++I) {
1290         BasicBlock *BB = *I;
1291         LandingPadInst *LPI = BB->getLandingPadInst();
1292         LPI->replaceAllUsesWith(PN);
1293         PN->addIncoming(LPI, BB);
1294       }
1295     }
1296   }
1297
1298   // Rewrite the code to refer to itself.
1299   for (unsigned i = 0, e = NewBlocks.size(); i != e; ++i) {
1300     for (Instruction &I : *NewBlocks[i]) {
1301       RemapInstruction(&I, VMap,
1302                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingLocals);
1303       if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
1304         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
1305           AC->registerAssumption(II);
1306     }
1307   }
1308
1309   // Rewrite the original preheader to select between versions of the loop.
1310   BranchInst *OldBR = cast<BranchInst>(loopPreheader->getTerminator());
1311   assert(OldBR->isUnconditional() && OldBR->getSuccessor(0) == LoopBlocks[0] &&
1312          "Preheader splitting did not work correctly!");
1313
1314   // Emit the new branch that selects between the two versions of this loop.
1315   EmitPreheaderBranchOnCondition(LIC, Val, NewBlocks[0], LoopBlocks[0], OldBR,
1316                                  TI);
1317   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OldBR, L);
1318
1319   // The OldBr was replaced by a new one and removed (but not erased) by
1320   // EmitPreheaderBranchOnCondition. It is no longer needed, so delete it.
1321   delete OldBR;
1322
1323   LoopProcessWorklist.push_back(NewLoop);
1324   redoLoop = true;
1325
1326   // Keep a WeakTrackingVH holding onto LIC.  If the first call to
1327   // RewriteLoopBody
1328   // deletes the instruction (for example by simplifying a PHI that feeds into
1329   // the condition that we're unswitching on), we don't rewrite the second
1330   // iteration.
1331   WeakTrackingVH LICHandle(LIC);
1332
1333   // Now we rewrite the original code to know that the condition is true and the
1334   // new code to know that the condition is false.
1335   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, LIC, Val, false);
1336
1337   // It's possible that simplifying one loop could cause the other to be
1338   // changed to another value or a constant.  If its a constant, don't simplify
1339   // it.
1340   if (!LoopProcessWorklist.empty() && LoopProcessWorklist.back() == NewLoop &&
1341       LICHandle && !isa<Constant>(LICHandle))
1342     RewriteLoopBodyWithConditionConstant(NewLoop, LICHandle, Val, true);
1343 }
1344
1345 /// Remove all instances of I from the worklist vector specified.
1346 static void RemoveFromWorklist(Instruction *I,
1347                                std::vector<Instruction*> &Worklist) {
1348
1349   Worklist.erase(std::remove(Worklist.begin(), Worklist.end(), I),
1350                  Worklist.end());
1351 }
1352
1353 /// When we find that I really equals V, remove I from the
1354 /// program, replacing all uses with V and update the worklist.
1355 static void ReplaceUsesOfWith(Instruction *I, Value *V,
1356                               std::vector<Instruction*> &Worklist,
1357                               Loop *L, LPPassManager *LPM) {
1358   DEBUG(dbgs() << "Replace with '" << *V << "': " << *I << "\n");
1359
1360   // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1361   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1362     if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1363       Worklist.push_back(Use);
1364
1365   // Add users to the worklist which may be simplified now.
1366   for (User *U : I->users())
1367     Worklist.push_back(cast<Instruction>(U));
1368   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1369   RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1370   I->replaceAllUsesWith(V);
1371   if (!I->mayHaveSideEffects())
1372     I->eraseFromParent();
1373   ++NumSimplify;
1374 }
1375
1376 /// We know either that the value LIC has the value specified by Val in the
1377 /// specified loop, or we know it does NOT have that value.
1378 /// Rewrite any uses of LIC or of properties correlated to it.
1379 void LoopUnswitch::RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
1380                                                         Constant *Val,
1381                                                         bool IsEqual) {
1382   assert(!isa<Constant>(LIC) && "Why are we unswitching on a constant?");
1383
1384   // FIXME: Support correlated properties, like:
1385   //  for (...)
1386   //    if (li1 < li2)
1387   //      ...
1388   //    if (li1 > li2)
1389   //      ...
1390
1391   // FOLD boolean conditions (X|LIC), (X&LIC).  Fold conditional branches,
1392   // selects, switches.
1393   std::vector<Instruction*> Worklist;
1394   LLVMContext &Context = Val->getContext();
1395
1396   // If we know that LIC == Val, or that LIC == NotVal, just replace uses of LIC
1397   // in the loop with the appropriate one directly.
1398   if (IsEqual || (isa<ConstantInt>(Val) &&
1399       Val->getType()->isIntegerTy(1))) {
1400     Value *Replacement;
1401     if (IsEqual)
1402       Replacement = Val;
1403     else
1404       Replacement = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(Val->getContext()),
1405                                      !cast<ConstantInt>(Val)->getZExtValue());
1406
1407     for (User *U : LIC->users()) {
1408       Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1409       if (!UI || !L->contains(UI))
1410         continue;
1411       Worklist.push_back(UI);
1412     }
1413
1414     for (Instruction *UI : Worklist)
1415       UI->replaceUsesOfWith(LIC, Replacement);
1416
1417     SimplifyCode(Worklist, L);
1418     return;
1419   }
1420
1421   // Otherwise, we don't know the precise value of LIC, but we do know that it
1422   // is certainly NOT "Val".  As such, simplify any uses in the loop that we
1423   // can.  This case occurs when we unswitch switch statements.
1424   for (User *U : LIC->users()) {
1425     Instruction *UI = dyn_cast<Instruction>(U);
1426     if (!UI || !L->contains(UI))
1427       continue;
1428
1429     // At this point, we know LIC is definitely not Val. Try to use some simple
1430     // logic to simplify the user w.r.t. to the context.
1431     if (Value *Replacement = SimplifyInstructionWithNotEqual(UI, LIC, Val)) {
1432       if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(UI, Replacement)) {
1433         // This in-loop instruction has been simplified w.r.t. its context,
1434         // i.e. LIC != Val, make sure we propagate its replacement value to
1435         // all its users.
1436         //  
1437         // We can not yet delete UI, the LIC user, yet, because that would invalidate
1438         // the LIC->users() iterator !. However, we can make this instruction
1439         // dead by replacing all its users and push it onto the worklist so that
1440         // it can be properly deleted and its operands simplified. 
1441         UI->replaceAllUsesWith(Replacement);
1442       }
1443     }
1444
1445     // This is a LIC user, push it into the worklist so that SimplifyCode can
1446     // attempt to simplify it.
1447     Worklist.push_back(UI);
1448
1449     // If we know that LIC is not Val, use this info to simplify code.
1450     SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(UI);
1451     if (!SI || !isa<ConstantInt>(Val)) continue;
1452
1453     // NOTE: if a case value for the switch is unswitched out, we record it
1454     // after the unswitch finishes. We can not record it here as the switch
1455     // is not a direct user of the partial LIV.
1456     SwitchInst::CaseHandle DeadCase =
1457         *SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val));
1458     // Default case is live for multiple values.
1459     if (DeadCase == *SI->case_default())
1460       continue;
1461
1462     // Found a dead case value.  Don't remove PHI nodes in the
1463     // successor if they become single-entry, those PHI nodes may
1464     // be in the Users list.
1465
1466     BasicBlock *Switch = SI->getParent();
1467     BasicBlock *SISucc = DeadCase.getCaseSuccessor();
1468     BasicBlock *Latch = L->getLoopLatch();
1469
1470     if (!SI->findCaseDest(SISucc)) continue;  // Edge is critical.
1471     // If the DeadCase successor dominates the loop latch, then the
1472     // transformation isn't safe since it will delete the sole predecessor edge
1473     // to the latch.
1474     if (Latch && DT->dominates(SISucc, Latch))
1475       continue;
1476
1477     // FIXME: This is a hack.  We need to keep the successor around
1478     // and hooked up so as to preserve the loop structure, because
1479     // trying to update it is complicated.  So instead we preserve the
1480     // loop structure and put the block on a dead code path.
1481     SplitEdge(Switch, SISucc, DT, LI);
1482     // Compute the successors instead of relying on the return value
1483     // of SplitEdge, since it may have split the switch successor
1484     // after PHI nodes.
1485     BasicBlock *NewSISucc = DeadCase.getCaseSuccessor();
1486     BasicBlock *OldSISucc = *succ_begin(NewSISucc);
1487     // Create an "unreachable" destination.
1488     BasicBlock *Abort = BasicBlock::Create(Context, "us-unreachable",
1489                                            Switch->getParent(),
1490                                            OldSISucc);
1491     new UnreachableInst(Context, Abort);
1492     // Force the new case destination to branch to the "unreachable"
1493     // block while maintaining a (dead) CFG edge to the old block.
1494     NewSISucc->getTerminator()->eraseFromParent();
1495     BranchInst::Create(Abort, OldSISucc,
1496                        ConstantInt::getTrue(Context), NewSISucc);
1497     // Release the PHI operands for this edge.
1498     for (PHINode &PN : NewSISucc->phis())
1499       PN.setIncomingValue(PN.getBasicBlockIndex(Switch),
1500                           UndefValue::get(PN.getType()));
1501     // Tell the domtree about the new block. We don't fully update the
1502     // domtree here -- instead we force it to do a full recomputation
1503     // after the pass is complete -- but we do need to inform it of
1504     // new blocks.
1505     DT->addNewBlock(Abort, NewSISucc);
1506   }
1507
1508   SimplifyCode(Worklist, L);
1509 }
1510
1511 /// Now that we have simplified some instructions in the loop, walk over it and
1512 /// constant prop, dce, and fold control flow where possible. Note that this is
1513 /// effectively a very simple loop-structure-aware optimizer. During processing
1514 /// of this loop, L could very well be deleted, so it must not be used.
1515 ///
1516 /// FIXME: When the loop optimizer is more mature, separate this out to a new
1517 /// pass.
1518 ///
1519 void LoopUnswitch::SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L) {
1520   const DataLayout &DL = L->getHeader()->getModule()->getDataLayout();
1521   while (!Worklist.empty()) {
1522     Instruction *I = Worklist.back();
1523     Worklist.pop_back();
1524
1525     // Simple DCE.
1526     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1527       DEBUG(dbgs() << "Remove dead instruction '" << *I << "\n");
1528
1529       // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1530       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1531         if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1532           Worklist.push_back(Use);
1533       LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1534       RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1535       I->eraseFromParent();
1536       ++NumSimplify;
1537       continue;
1538     }
1539
1540     // See if instruction simplification can hack this up.  This is common for
1541     // things like "select false, X, Y" after unswitching made the condition be
1542     // 'false'.  TODO: update the domtree properly so we can pass it here.
1543     if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL))
1544       if (LI->replacementPreservesLCSSAForm(I, V)) {
1545         ReplaceUsesOfWith(I, V, Worklist, L, LPM);
1546         continue;
1547       }
1548
1549     // Special case hacks that appear commonly in unswitched code.
1550     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1551       if (BI->isUnconditional()) {
1552         // If BI's parent is the only pred of the successor, fold the two blocks
1553         // together.
1554         BasicBlock *Pred = BI->getParent();
1555         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1556         BasicBlock *SinglePred = Succ->getSinglePredecessor();
1557         if (!SinglePred) continue;  // Nothing to do.
1558         assert(SinglePred == Pred && "CFG broken");
1559
1560         DEBUG(dbgs() << "Merging blocks: " << Pred->getName() << " <- "
1561               << Succ->getName() << "\n");
1562
1563         // Resolve any single entry PHI nodes in Succ.
1564         while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Succ->begin()))
1565           ReplaceUsesOfWith(PN, PN->getIncomingValue(0), Worklist, L, LPM);
1566
1567         // If Succ has any successors with PHI nodes, update them to have
1568         // entries coming from Pred instead of Succ.
1569         Succ->replaceAllUsesWith(Pred);
1570
1571         // Move all of the successor contents from Succ to Pred.
1572         Pred->getInstList().splice(BI->getIterator(), Succ->getInstList(),
1573                                    Succ->begin(), Succ->end());
1574         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1575         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1576         BI->eraseFromParent();
1577
1578         // Remove Succ from the loop tree.
1579         LI->removeBlock(Succ);
1580         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Succ, L);
1581         Succ->eraseFromParent();
1582         ++NumSimplify;
1583         continue;
1584       }
1585
1586       continue;
1587     }
1588   }
1589 }
1590
1591 /// Simple simplifications we can do given the information that Cond is
1592 /// definitely not equal to Val.
1593 Value *LoopUnswitch::SimplifyInstructionWithNotEqual(Instruction *Inst,
1594                                                      Value *Invariant,
1595                                                      Constant *Val) {
1596   // icmp eq cond, val -> false
1597   ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(Inst);
1598   if (CI && CI->isEquality()) {
1599     Value *Op0 = CI->getOperand(0);
1600     Value *Op1 = CI->getOperand(1);
1601     if ((Op0 == Invariant && Op1 == Val) || (Op0 == Val && Op1 == Invariant)) {
1602       LLVMContext &Ctx = Inst->getContext();
1603       if (CI->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ)
1604         return ConstantInt::getFalse(Ctx);
1605       else 
1606         return ConstantInt::getTrue(Ctx);
1607      }
1608   }
1609
1610   // FIXME: there may be other opportunities, e.g. comparison with floating
1611   // point, or Invariant - Val != 0, etc.
1612   return nullptr;
1613 }