]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/NewGVN.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r303571, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / NewGVN.cpp
1 //===---- NewGVN.cpp - Global Value Numbering Pass --------------*- C++ -*-===//
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 /// \file
10 /// This file implements the new LLVM's Global Value Numbering pass.
11 /// GVN partitions values computed by a function into congruence classes.
12 /// Values ending up in the same congruence class are guaranteed to be the same
13 /// for every execution of the program. In that respect, congruency is a
14 /// compile-time approximation of equivalence of values at runtime.
15 /// The algorithm implemented here uses a sparse formulation and it's based
16 /// on the ideas described in the paper:
17 /// "A Sparse Algorithm for Predicated Global Value Numbering" from
18 /// Karthik Gargi.
19 ///
20 /// A brief overview of the algorithm: The algorithm is essentially the same as
21 /// the standard RPO value numbering algorithm (a good reference is the paper
22 /// "SCC based value numbering" by L. Taylor Simpson) with one major difference:
23 /// The RPO algorithm proceeds, on every iteration, to process every reachable
24 /// block and every instruction in that block.  This is because the standard RPO
25 /// algorithm does not track what things have the same value number, it only
26 /// tracks what the value number of a given operation is (the mapping is
27 /// operation -> value number).  Thus, when a value number of an operation
28 /// changes, it must reprocess everything to ensure all uses of a value number
29 /// get updated properly.  In constrast, the sparse algorithm we use *also*
30 /// tracks what operations have a given value number (IE it also tracks the
31 /// reverse mapping from value number -> operations with that value number), so
32 /// that it only needs to reprocess the instructions that are affected when
33 /// something's value number changes.  The vast majority of complexity and code
34 /// in this file is devoted to tracking what value numbers could change for what
35 /// instructions when various things happen.  The rest of the algorithm is
36 /// devoted to performing symbolic evaluation, forward propagation, and
37 /// simplification of operations based on the value numbers deduced so far
38 ///
39 /// In order to make the GVN mostly-complete, we use a technique derived from
40 /// "Detection of Redundant Expressions: A Complete and Polynomial-time
41 /// Algorithm in SSA" by R.R. Pai.  The source of incompleteness in most SSA
42 /// based GVN algorithms is related to their inability to detect equivalence
43 /// between phi of ops (IE phi(a+b, c+d)) and op of phis (phi(a,c) + phi(b, d)).
44 /// We resolve this issue by generating the equivalent "phi of ops" form for
45 /// each op of phis we see, in a way that only takes polynomial time to resolve.
46 ///
47 /// We also do not perform elimination by using any published algorithm.  All
48 /// published algorithms are O(Instructions). Instead, we use a technique that
49 /// is O(number of operations with the same value number), enabling us to skip
50 /// trying to eliminate things that have unique value numbers.
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52
53 #include "llvm/Transforms/Scalar/NewGVN.h"
54 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
55 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
56 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
57 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
58 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
59 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
60 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
61 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
62 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
63 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
64 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
65 #include "llvm/ADT/TinyPtrVector.h"
66 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
67 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
68 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
69 #include "llvm/Analysis/CFGPrinter.h"
70 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
71 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
72 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
73 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
74 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
75 #include "llvm/Analysis/MemorySSA.h"
76 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
77 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
78 #include "llvm/IR/Dominators.h"
79 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
80 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
81 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
82 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
83 #include "llvm/IR/Metadata.h"
84 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
85 #include "llvm/IR/Type.h"
86 #include "llvm/Support/Allocator.h"
87 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
88 #include "llvm/Support/Debug.h"
89 #include "llvm/Support/DebugCounter.h"
90 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
91 #include "llvm/Transforms/Scalar/GVNExpression.h"
92 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
93 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
94 #include "llvm/Transforms/Utils/PredicateInfo.h"
95 #include "llvm/Transforms/Utils/VNCoercion.h"
96 #include <numeric>
97 #include <unordered_map>
98 #include <utility>
99 #include <vector>
100 using namespace llvm;
101 using namespace PatternMatch;
102 using namespace llvm::GVNExpression;
103 using namespace llvm::VNCoercion;
104 #define DEBUG_TYPE "newgvn"
105
106 STATISTIC(NumGVNInstrDeleted, "Number of instructions deleted");
107 STATISTIC(NumGVNBlocksDeleted, "Number of blocks deleted");
108 STATISTIC(NumGVNOpsSimplified, "Number of Expressions simplified");
109 STATISTIC(NumGVNPhisAllSame, "Number of PHIs whos arguments are all the same");
110 STATISTIC(NumGVNMaxIterations,
111           "Maximum Number of iterations it took to converge GVN");
112 STATISTIC(NumGVNLeaderChanges, "Number of leader changes");
113 STATISTIC(NumGVNSortedLeaderChanges, "Number of sorted leader changes");
114 STATISTIC(NumGVNAvoidedSortedLeaderChanges,
115           "Number of avoided sorted leader changes");
116 STATISTIC(NumGVNDeadStores, "Number of redundant/dead stores eliminated");
117 STATISTIC(NumGVNPHIOfOpsCreated, "Number of PHI of ops created");
118 STATISTIC(NumGVNPHIOfOpsEliminations,
119           "Number of things eliminated using PHI of ops");
120 DEBUG_COUNTER(VNCounter, "newgvn-vn",
121               "Controls which instructions are value numbered")
122 DEBUG_COUNTER(PHIOfOpsCounter, "newgvn-phi",
123               "Controls which instructions we create phi of ops for")
124 // Currently store defining access refinement is too slow due to basicaa being
125 // egregiously slow.  This flag lets us keep it working while we work on this
126 // issue.
127 static cl::opt<bool> EnableStoreRefinement("enable-store-refinement",
128                                            cl::init(false), cl::Hidden);
129
130 //===----------------------------------------------------------------------===//
131 //                                GVN Pass
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133
134 // Anchor methods.
135 namespace llvm {
136 namespace GVNExpression {
137 Expression::~Expression() = default;
138 BasicExpression::~BasicExpression() = default;
139 CallExpression::~CallExpression() = default;
140 LoadExpression::~LoadExpression() = default;
141 StoreExpression::~StoreExpression() = default;
142 AggregateValueExpression::~AggregateValueExpression() = default;
143 PHIExpression::~PHIExpression() = default;
144 }
145 }
146
147 // Tarjan's SCC finding algorithm with Nuutila's improvements
148 // SCCIterator is actually fairly complex for the simple thing we want.
149 // It also wants to hand us SCC's that are unrelated to the phi node we ask
150 // about, and have us process them there or risk redoing work.
151 // Graph traits over a filter iterator also doesn't work that well here.
152 // This SCC finder is specialized to walk use-def chains, and only follows
153 // instructions,
154 // not generic values (arguments, etc).
155 struct TarjanSCC {
156
157   TarjanSCC() : Components(1) {}
158
159   void Start(const Instruction *Start) {
160     if (Root.lookup(Start) == 0)
161       FindSCC(Start);
162   }
163
164   const SmallPtrSetImpl<const Value *> &getComponentFor(const Value *V) const {
165     unsigned ComponentID = ValueToComponent.lookup(V);
166
167     assert(ComponentID > 0 &&
168            "Asking for a component for a value we never processed");
169     return Components[ComponentID];
170   }
171
172 private:
173   void FindSCC(const Instruction *I) {
174     Root[I] = ++DFSNum;
175     // Store the DFS Number we had before it possibly gets incremented.
176     unsigned int OurDFS = DFSNum;
177     for (auto &Op : I->operands()) {
178       if (auto *InstOp = dyn_cast<Instruction>(Op)) {
179         if (Root.lookup(Op) == 0)
180           FindSCC(InstOp);
181         if (!InComponent.count(Op))
182           Root[I] = std::min(Root.lookup(I), Root.lookup(Op));
183       }
184     }
185     // See if we really were the root of a component, by seeing if we still have
186     // our DFSNumber.  If we do, we are the root of the component, and we have
187     // completed a component. If we do not, we are not the root of a component,
188     // and belong on the component stack.
189     if (Root.lookup(I) == OurDFS) {
190       unsigned ComponentID = Components.size();
191       Components.resize(Components.size() + 1);
192       auto &Component = Components.back();
193       Component.insert(I);
194       DEBUG(dbgs() << "Component root is " << *I << "\n");
195       InComponent.insert(I);
196       ValueToComponent[I] = ComponentID;
197       // Pop a component off the stack and label it.
198       while (!Stack.empty() && Root.lookup(Stack.back()) >= OurDFS) {
199         auto *Member = Stack.back();
200         DEBUG(dbgs() << "Component member is " << *Member << "\n");
201         Component.insert(Member);
202         InComponent.insert(Member);
203         ValueToComponent[Member] = ComponentID;
204         Stack.pop_back();
205       }
206     } else {
207       // Part of a component, push to stack
208       Stack.push_back(I);
209     }
210   }
211   unsigned int DFSNum = 1;
212   SmallPtrSet<const Value *, 8> InComponent;
213   DenseMap<const Value *, unsigned int> Root;
214   SmallVector<const Value *, 8> Stack;
215   // Store the components as vector of ptr sets, because we need the topo order
216   // of SCC's, but not individual member order
217   SmallVector<SmallPtrSet<const Value *, 8>, 8> Components;
218   DenseMap<const Value *, unsigned> ValueToComponent;
219 };
220 // Congruence classes represent the set of expressions/instructions
221 // that are all the same *during some scope in the function*.
222 // That is, because of the way we perform equality propagation, and
223 // because of memory value numbering, it is not correct to assume
224 // you can willy-nilly replace any member with any other at any
225 // point in the function.
226 //
227 // For any Value in the Member set, it is valid to replace any dominated member
228 // with that Value.
229 //
230 // Every congruence class has a leader, and the leader is used to symbolize
231 // instructions in a canonical way (IE every operand of an instruction that is a
232 // member of the same congruence class will always be replaced with leader
233 // during symbolization).  To simplify symbolization, we keep the leader as a
234 // constant if class can be proved to be a constant value.  Otherwise, the
235 // leader is the member of the value set with the smallest DFS number.  Each
236 // congruence class also has a defining expression, though the expression may be
237 // null.  If it exists, it can be used for forward propagation and reassociation
238 // of values.
239
240 // For memory, we also track a representative MemoryAccess, and a set of memory
241 // members for MemoryPhis (which have no real instructions). Note that for
242 // memory, it seems tempting to try to split the memory members into a
243 // MemoryCongruenceClass or something.  Unfortunately, this does not work
244 // easily.  The value numbering of a given memory expression depends on the
245 // leader of the memory congruence class, and the leader of memory congruence
246 // class depends on the value numbering of a given memory expression.  This
247 // leads to wasted propagation, and in some cases, missed optimization.  For
248 // example: If we had value numbered two stores together before, but now do not,
249 // we move them to a new value congruence class.  This in turn will move at one
250 // of the memorydefs to a new memory congruence class.  Which in turn, affects
251 // the value numbering of the stores we just value numbered (because the memory
252 // congruence class is part of the value number).  So while theoretically
253 // possible to split them up, it turns out to be *incredibly* complicated to get
254 // it to work right, because of the interdependency.  While structurally
255 // slightly messier, it is algorithmically much simpler and faster to do what we
256 // do here, and track them both at once in the same class.
257 // Note: The default iterators for this class iterate over values
258 class CongruenceClass {
259 public:
260   using MemberType = Value;
261   using MemberSet = SmallPtrSet<MemberType *, 4>;
262   using MemoryMemberType = MemoryPhi;
263   using MemoryMemberSet = SmallPtrSet<const MemoryMemberType *, 2>;
264
265   explicit CongruenceClass(unsigned ID) : ID(ID) {}
266   CongruenceClass(unsigned ID, Value *Leader, const Expression *E)
267       : ID(ID), RepLeader(Leader), DefiningExpr(E) {}
268   unsigned getID() const { return ID; }
269   // True if this class has no members left.  This is mainly used for assertion
270   // purposes, and for skipping empty classes.
271   bool isDead() const {
272     // If it's both dead from a value perspective, and dead from a memory
273     // perspective, it's really dead.
274     return empty() && memory_empty();
275   }
276   // Leader functions
277   Value *getLeader() const { return RepLeader; }
278   void setLeader(Value *Leader) { RepLeader = Leader; }
279   const std::pair<Value *, unsigned int> &getNextLeader() const {
280     return NextLeader;
281   }
282   void resetNextLeader() { NextLeader = {nullptr, ~0}; }
283
284   void addPossibleNextLeader(std::pair<Value *, unsigned int> LeaderPair) {
285     if (LeaderPair.second < NextLeader.second)
286       NextLeader = LeaderPair;
287   }
288
289   Value *getStoredValue() const { return RepStoredValue; }
290   void setStoredValue(Value *Leader) { RepStoredValue = Leader; }
291   const MemoryAccess *getMemoryLeader() const { return RepMemoryAccess; }
292   void setMemoryLeader(const MemoryAccess *Leader) { RepMemoryAccess = Leader; }
293
294   // Forward propagation info
295   const Expression *getDefiningExpr() const { return DefiningExpr; }
296
297   // Value member set
298   bool empty() const { return Members.empty(); }
299   unsigned size() const { return Members.size(); }
300   MemberSet::const_iterator begin() const { return Members.begin(); }
301   MemberSet::const_iterator end() const { return Members.end(); }
302   void insert(MemberType *M) { Members.insert(M); }
303   void erase(MemberType *M) { Members.erase(M); }
304   void swap(MemberSet &Other) { Members.swap(Other); }
305
306   // Memory member set
307   bool memory_empty() const { return MemoryMembers.empty(); }
308   unsigned memory_size() const { return MemoryMembers.size(); }
309   MemoryMemberSet::const_iterator memory_begin() const {
310     return MemoryMembers.begin();
311   }
312   MemoryMemberSet::const_iterator memory_end() const {
313     return MemoryMembers.end();
314   }
315   iterator_range<MemoryMemberSet::const_iterator> memory() const {
316     return make_range(memory_begin(), memory_end());
317   }
318   void memory_insert(const MemoryMemberType *M) { MemoryMembers.insert(M); }
319   void memory_erase(const MemoryMemberType *M) { MemoryMembers.erase(M); }
320
321   // Store count
322   unsigned getStoreCount() const { return StoreCount; }
323   void incStoreCount() { ++StoreCount; }
324   void decStoreCount() {
325     assert(StoreCount != 0 && "Store count went negative");
326     --StoreCount;
327   }
328
329   // True if this class has no memory members.
330   bool definesNoMemory() const { return StoreCount == 0 && memory_empty(); }
331
332   // Return true if two congruence classes are equivalent to each other.  This
333   // means
334   // that every field but the ID number and the dead field are equivalent.
335   bool isEquivalentTo(const CongruenceClass *Other) const {
336     if (!Other)
337       return false;
338     if (this == Other)
339       return true;
340
341     if (std::tie(StoreCount, RepLeader, RepStoredValue, RepMemoryAccess) !=
342         std::tie(Other->StoreCount, Other->RepLeader, Other->RepStoredValue,
343                  Other->RepMemoryAccess))
344       return false;
345     if (DefiningExpr != Other->DefiningExpr)
346       if (!DefiningExpr || !Other->DefiningExpr ||
347           *DefiningExpr != *Other->DefiningExpr)
348         return false;
349     // We need some ordered set
350     std::set<Value *> AMembers(Members.begin(), Members.end());
351     std::set<Value *> BMembers(Members.begin(), Members.end());
352     return AMembers == BMembers;
353   }
354
355 private:
356   unsigned ID;
357   // Representative leader.
358   Value *RepLeader = nullptr;
359   // The most dominating leader after our current leader, because the member set
360   // is not sorted and is expensive to keep sorted all the time.
361   std::pair<Value *, unsigned int> NextLeader = {nullptr, ~0U};
362   // If this is represented by a store, the value of the store.
363   Value *RepStoredValue = nullptr;
364   // If this class contains MemoryDefs or MemoryPhis, this is the leading memory
365   // access.
366   const MemoryAccess *RepMemoryAccess = nullptr;
367   // Defining Expression.
368   const Expression *DefiningExpr = nullptr;
369   // Actual members of this class.
370   MemberSet Members;
371   // This is the set of MemoryPhis that exist in the class. MemoryDefs and
372   // MemoryUses have real instructions representing them, so we only need to
373   // track MemoryPhis here.
374   MemoryMemberSet MemoryMembers;
375   // Number of stores in this congruence class.
376   // This is used so we can detect store equivalence changes properly.
377   int StoreCount = 0;
378 };
379
380 struct HashedExpression;
381 namespace llvm {
382 template <> struct DenseMapInfo<const Expression *> {
383   static const Expression *getEmptyKey() {
384     auto Val = static_cast<uintptr_t>(-1);
385     Val <<= PointerLikeTypeTraits<const Expression *>::NumLowBitsAvailable;
386     return reinterpret_cast<const Expression *>(Val);
387   }
388   static const Expression *getTombstoneKey() {
389     auto Val = static_cast<uintptr_t>(~1U);
390     Val <<= PointerLikeTypeTraits<const Expression *>::NumLowBitsAvailable;
391     return reinterpret_cast<const Expression *>(Val);
392   }
393   static unsigned getHashValue(const Expression *E) {
394     return static_cast<unsigned>(E->getHashValue());
395   }
396   static unsigned getHashValue(const HashedExpression &HE);
397   static bool isEqual(const HashedExpression &LHS, const Expression *RHS);
398   static bool isEqual(const Expression *LHS, const Expression *RHS) {
399     if (LHS == RHS)
400       return true;
401     if (LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey() ||
402         LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey())
403       return false;
404     return *LHS == *RHS;
405   }
406 };
407 } // end namespace llvm
408
409 // This is just a wrapper around Expression that computes the hash value once at
410 // creation time.  Hash values for an Expression can't change once they are
411 // inserted into the DenseMap (it breaks DenseMap), so they must be immutable at
412 // that point anyway.
413 struct HashedExpression {
414   const Expression *E;
415   unsigned HashVal;
416   HashedExpression(const Expression *E)
417       : E(E), HashVal(DenseMapInfo<const Expression *>::getHashValue(E)) {}
418 };
419
420 unsigned
421 DenseMapInfo<const Expression *>::getHashValue(const HashedExpression &HE) {
422   return HE.HashVal;
423 }
424 bool DenseMapInfo<const Expression *>::isEqual(const HashedExpression &LHS,
425                                                const Expression *RHS) {
426   return isEqual(LHS.E, RHS);
427 }
428
429 namespace {
430 class NewGVN {
431   Function &F;
432   DominatorTree *DT;
433   const TargetLibraryInfo *TLI;
434   AliasAnalysis *AA;
435   MemorySSA *MSSA;
436   MemorySSAWalker *MSSAWalker;
437   const DataLayout &DL;
438   std::unique_ptr<PredicateInfo> PredInfo;
439
440   // These are the only two things the create* functions should have
441   // side-effects on due to allocating memory.
442   mutable BumpPtrAllocator ExpressionAllocator;
443   mutable ArrayRecycler<Value *> ArgRecycler;
444   mutable TarjanSCC SCCFinder;
445   const SimplifyQuery SQ;
446
447   // Number of function arguments, used by ranking
448   unsigned int NumFuncArgs;
449
450   // RPOOrdering of basic blocks
451   DenseMap<const DomTreeNode *, unsigned> RPOOrdering;
452
453   // Congruence class info.
454
455   // This class is called INITIAL in the paper. It is the class everything
456   // startsout in, and represents any value. Being an optimistic analysis,
457   // anything in the TOP class has the value TOP, which is indeterminate and
458   // equivalent to everything.
459   CongruenceClass *TOPClass;
460   std::vector<CongruenceClass *> CongruenceClasses;
461   unsigned NextCongruenceNum;
462
463   // Value Mappings.
464   DenseMap<Value *, CongruenceClass *> ValueToClass;
465   DenseMap<Value *, const Expression *> ValueToExpression;
466   // Value PHI handling, used to make equivalence between phi(op, op) and
467   // op(phi, phi).
468   // These mappings just store various data that would normally be part of the
469   // IR.
470   DenseSet<const Instruction *> PHINodeUses;
471   // Map a temporary instruction we created to a parent block.
472   DenseMap<const Value *, BasicBlock *> TempToBlock;
473   // Map between the temporary phis we created and the real instructions they
474   // are known equivalent to.
475   DenseMap<const Value *, PHINode *> RealToTemp;
476   // In order to know when we should re-process instructions that have
477   // phi-of-ops, we track the set of expressions that they needed as
478   // leaders. When we discover new leaders for those expressions, we process the
479   // associated phi-of-op instructions again in case they have changed.  The
480   // other way they may change is if they had leaders, and those leaders
481   // disappear.  However, at the point they have leaders, there are uses of the
482   // relevant operands in the created phi node, and so they will get reprocessed
483   // through the normal user marking we perform.
484   mutable DenseMap<const Value *, SmallPtrSet<Value *, 2>> AdditionalUsers;
485   DenseMap<const Expression *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>>
486       ExpressionToPhiOfOps;
487   // Map from basic block to the temporary operations we created
488   DenseMap<const BasicBlock *, SmallVector<PHINode *, 8>> PHIOfOpsPHIs;
489   // Map from temporary operation to MemoryAccess.
490   DenseMap<const Instruction *, MemoryUseOrDef *> TempToMemory;
491   // Set of all temporary instructions we created.
492   DenseSet<Instruction *> AllTempInstructions;
493
494   // Mapping from predicate info we used to the instructions we used it with.
495   // In order to correctly ensure propagation, we must keep track of what
496   // comparisons we used, so that when the values of the comparisons change, we
497   // propagate the information to the places we used the comparison.
498   mutable DenseMap<const Value *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>>
499       PredicateToUsers;
500   // the same reasoning as PredicateToUsers.  When we skip MemoryAccesses for
501   // stores, we no longer can rely solely on the def-use chains of MemorySSA.
502   mutable DenseMap<const MemoryAccess *, SmallPtrSet<MemoryAccess *, 2>>
503       MemoryToUsers;
504
505   // A table storing which memorydefs/phis represent a memory state provably
506   // equivalent to another memory state.
507   // We could use the congruence class machinery, but the MemoryAccess's are
508   // abstract memory states, so they can only ever be equivalent to each other,
509   // and not to constants, etc.
510   DenseMap<const MemoryAccess *, CongruenceClass *> MemoryAccessToClass;
511
512   // We could, if we wanted, build MemoryPhiExpressions and
513   // MemoryVariableExpressions, etc, and value number them the same way we value
514   // number phi expressions.  For the moment, this seems like overkill.  They
515   // can only exist in one of three states: they can be TOP (equal to
516   // everything), Equivalent to something else, or unique.  Because we do not
517   // create expressions for them, we need to simulate leader change not just
518   // when they change class, but when they change state.  Note: We can do the
519   // same thing for phis, and avoid having phi expressions if we wanted, We
520   // should eventually unify in one direction or the other, so this is a little
521   // bit of an experiment in which turns out easier to maintain.
522   enum MemoryPhiState { MPS_Invalid, MPS_TOP, MPS_Equivalent, MPS_Unique };
523   DenseMap<const MemoryPhi *, MemoryPhiState> MemoryPhiState;
524
525   enum InstCycleState { ICS_Unknown, ICS_CycleFree, ICS_Cycle };
526   mutable DenseMap<const Instruction *, InstCycleState> InstCycleState;
527   // Expression to class mapping.
528   using ExpressionClassMap = DenseMap<const Expression *, CongruenceClass *>;
529   ExpressionClassMap ExpressionToClass;
530
531   // We have a single expression that represents currently DeadExpressions.
532   // For dead expressions we can prove will stay dead, we mark them with
533   // DFS number zero.  However, it's possible in the case of phi nodes
534   // for us to assume/prove all arguments are dead during fixpointing.
535   // We use DeadExpression for that case.
536   DeadExpression *SingletonDeadExpression = nullptr;
537
538   // Which values have changed as a result of leader changes.
539   SmallPtrSet<Value *, 8> LeaderChanges;
540
541   // Reachability info.
542   using BlockEdge = BasicBlockEdge;
543   DenseSet<BlockEdge> ReachableEdges;
544   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 8> ReachableBlocks;
545
546   // This is a bitvector because, on larger functions, we may have
547   // thousands of touched instructions at once (entire blocks,
548   // instructions with hundreds of uses, etc).  Even with optimization
549   // for when we mark whole blocks as touched, when this was a
550   // SmallPtrSet or DenseSet, for some functions, we spent >20% of all
551   // the time in GVN just managing this list.  The bitvector, on the
552   // other hand, efficiently supports test/set/clear of both
553   // individual and ranges, as well as "find next element" This
554   // enables us to use it as a worklist with essentially 0 cost.
555   BitVector TouchedInstructions;
556
557   DenseMap<const BasicBlock *, std::pair<unsigned, unsigned>> BlockInstRange;
558
559 #ifndef NDEBUG
560   // Debugging for how many times each block and instruction got processed.
561   DenseMap<const Value *, unsigned> ProcessedCount;
562 #endif
563
564   // DFS info.
565   // This contains a mapping from Instructions to DFS numbers.
566   // The numbering starts at 1. An instruction with DFS number zero
567   // means that the instruction is dead.
568   DenseMap<const Value *, unsigned> InstrDFS;
569
570   // This contains the mapping DFS numbers to instructions.
571   SmallVector<Value *, 32> DFSToInstr;
572
573   // Deletion info.
574   SmallPtrSet<Instruction *, 8> InstructionsToErase;
575
576 public:
577   NewGVN(Function &F, DominatorTree *DT, AssumptionCache *AC,
578          TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, MemorySSA *MSSA,
579          const DataLayout &DL)
580       : F(F), DT(DT), TLI(TLI), AA(AA), MSSA(MSSA), DL(DL),
581         PredInfo(make_unique<PredicateInfo>(F, *DT, *AC)), SQ(DL, TLI, DT, AC) {
582   }
583   bool runGVN();
584
585 private:
586   // Expression handling.
587   const Expression *createExpression(Instruction *) const;
588   const Expression *createBinaryExpression(unsigned, Type *, Value *,
589                                            Value *) const;
590   PHIExpression *createPHIExpression(Instruction *, bool &HasBackEdge,
591                                      bool &OriginalOpsConstant) const;
592   const DeadExpression *createDeadExpression() const;
593   const VariableExpression *createVariableExpression(Value *) const;
594   const ConstantExpression *createConstantExpression(Constant *) const;
595   const Expression *createVariableOrConstant(Value *V) const;
596   const UnknownExpression *createUnknownExpression(Instruction *) const;
597   const StoreExpression *createStoreExpression(StoreInst *,
598                                                const MemoryAccess *) const;
599   LoadExpression *createLoadExpression(Type *, Value *, LoadInst *,
600                                        const MemoryAccess *) const;
601   const CallExpression *createCallExpression(CallInst *,
602                                              const MemoryAccess *) const;
603   const AggregateValueExpression *
604   createAggregateValueExpression(Instruction *) const;
605   bool setBasicExpressionInfo(Instruction *, BasicExpression *) const;
606
607   // Congruence class handling.
608   CongruenceClass *createCongruenceClass(Value *Leader, const Expression *E) {
609     auto *result = new CongruenceClass(NextCongruenceNum++, Leader, E);
610     CongruenceClasses.emplace_back(result);
611     return result;
612   }
613
614   CongruenceClass *createMemoryClass(MemoryAccess *MA) {
615     auto *CC = createCongruenceClass(nullptr, nullptr);
616     CC->setMemoryLeader(MA);
617     return CC;
618   }
619   CongruenceClass *ensureLeaderOfMemoryClass(MemoryAccess *MA) {
620     auto *CC = getMemoryClass(MA);
621     if (CC->getMemoryLeader() != MA)
622       CC = createMemoryClass(MA);
623     return CC;
624   }
625
626   CongruenceClass *createSingletonCongruenceClass(Value *Member) {
627     CongruenceClass *CClass = createCongruenceClass(Member, nullptr);
628     CClass->insert(Member);
629     ValueToClass[Member] = CClass;
630     return CClass;
631   }
632   void initializeCongruenceClasses(Function &F);
633   const Expression *makePossiblePhiOfOps(Instruction *, bool,
634                                          SmallPtrSetImpl<Value *> &);
635   void addPhiOfOps(PHINode *Op, BasicBlock *BB, Instruction *ExistingValue);
636
637   // Value number an Instruction or MemoryPhi.
638   void valueNumberMemoryPhi(MemoryPhi *);
639   void valueNumberInstruction(Instruction *);
640
641   // Symbolic evaluation.
642   const Expression *checkSimplificationResults(Expression *, Instruction *,
643                                                Value *) const;
644   const Expression *performSymbolicEvaluation(Value *,
645                                               SmallPtrSetImpl<Value *> &) const;
646   const Expression *performSymbolicLoadCoercion(Type *, Value *, LoadInst *,
647                                                 Instruction *,
648                                                 MemoryAccess *) const;
649   const Expression *performSymbolicLoadEvaluation(Instruction *) const;
650   const Expression *performSymbolicStoreEvaluation(Instruction *) const;
651   const Expression *performSymbolicCallEvaluation(Instruction *) const;
652   const Expression *performSymbolicPHIEvaluation(Instruction *) const;
653   const Expression *performSymbolicAggrValueEvaluation(Instruction *) const;
654   const Expression *performSymbolicCmpEvaluation(Instruction *) const;
655   const Expression *performSymbolicPredicateInfoEvaluation(Instruction *) const;
656
657   // Congruence finding.
658   bool someEquivalentDominates(const Instruction *, const Instruction *) const;
659   Value *lookupOperandLeader(Value *) const;
660   void performCongruenceFinding(Instruction *, const Expression *);
661   void moveValueToNewCongruenceClass(Instruction *, const Expression *,
662                                      CongruenceClass *, CongruenceClass *);
663   void moveMemoryToNewCongruenceClass(Instruction *, MemoryAccess *,
664                                       CongruenceClass *, CongruenceClass *);
665   Value *getNextValueLeader(CongruenceClass *) const;
666   const MemoryAccess *getNextMemoryLeader(CongruenceClass *) const;
667   bool setMemoryClass(const MemoryAccess *From, CongruenceClass *To);
668   CongruenceClass *getMemoryClass(const MemoryAccess *MA) const;
669   const MemoryAccess *lookupMemoryLeader(const MemoryAccess *) const;
670   bool isMemoryAccessTOP(const MemoryAccess *) const;
671
672   // Ranking
673   unsigned int getRank(const Value *) const;
674   bool shouldSwapOperands(const Value *, const Value *) const;
675
676   // Reachability handling.
677   void updateReachableEdge(BasicBlock *, BasicBlock *);
678   void processOutgoingEdges(TerminatorInst *, BasicBlock *);
679   Value *findConditionEquivalence(Value *) const;
680
681   // Elimination.
682   struct ValueDFS;
683   void convertClassToDFSOrdered(const CongruenceClass &,
684                                 SmallVectorImpl<ValueDFS> &,
685                                 DenseMap<const Value *, unsigned int> &,
686                                 SmallPtrSetImpl<Instruction *> &) const;
687   void convertClassToLoadsAndStores(const CongruenceClass &,
688                                     SmallVectorImpl<ValueDFS> &) const;
689
690   bool eliminateInstructions(Function &);
691   void replaceInstruction(Instruction *, Value *);
692   void markInstructionForDeletion(Instruction *);
693   void deleteInstructionsInBlock(BasicBlock *);
694   Value *findPhiOfOpsLeader(const Expression *E, const BasicBlock *BB) const;
695
696   // New instruction creation.
697   void handleNewInstruction(Instruction *){};
698
699   // Various instruction touch utilities
700   template <typename Map, typename KeyType, typename Func>
701   void for_each_found(Map &, const KeyType &, Func);
702   template <typename Map, typename KeyType>
703   void touchAndErase(Map &, const KeyType &);
704   void markUsersTouched(Value *);
705   void markMemoryUsersTouched(const MemoryAccess *);
706   void markMemoryDefTouched(const MemoryAccess *);
707   void markPredicateUsersTouched(Instruction *);
708   void markValueLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC);
709   void markMemoryLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC);
710   void markPhiOfOpsChanged(const HashedExpression &HE);
711   void addPredicateUsers(const PredicateBase *, Instruction *) const;
712   void addMemoryUsers(const MemoryAccess *To, MemoryAccess *U) const;
713   void addAdditionalUsers(Value *To, Value *User) const;
714
715   // Main loop of value numbering
716   void iterateTouchedInstructions();
717
718   // Utilities.
719   void cleanupTables();
720   std::pair<unsigned, unsigned> assignDFSNumbers(BasicBlock *, unsigned);
721   void updateProcessedCount(const Value *V);
722   void verifyMemoryCongruency() const;
723   void verifyIterationSettled(Function &F);
724   void verifyStoreExpressions() const;
725   bool singleReachablePHIPath(SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> &,
726                               const MemoryAccess *, const MemoryAccess *) const;
727   BasicBlock *getBlockForValue(Value *V) const;
728   void deleteExpression(const Expression *E) const;
729   MemoryUseOrDef *getMemoryAccess(const Instruction *) const;
730   MemoryAccess *getDefiningAccess(const MemoryAccess *) const;
731   MemoryPhi *getMemoryAccess(const BasicBlock *) const;
732   template <class T, class Range> T *getMinDFSOfRange(const Range &) const;
733   unsigned InstrToDFSNum(const Value *V) const {
734     assert(isa<Instruction>(V) && "This should not be used for MemoryAccesses");
735     return InstrDFS.lookup(V);
736   }
737
738   unsigned InstrToDFSNum(const MemoryAccess *MA) const {
739     return MemoryToDFSNum(MA);
740   }
741   Value *InstrFromDFSNum(unsigned DFSNum) { return DFSToInstr[DFSNum]; }
742   // Given a MemoryAccess, return the relevant instruction DFS number.  Note:
743   // This deliberately takes a value so it can be used with Use's, which will
744   // auto-convert to Value's but not to MemoryAccess's.
745   unsigned MemoryToDFSNum(const Value *MA) const {
746     assert(isa<MemoryAccess>(MA) &&
747            "This should not be used with instructions");
748     return isa<MemoryUseOrDef>(MA)
749                ? InstrToDFSNum(cast<MemoryUseOrDef>(MA)->getMemoryInst())
750                : InstrDFS.lookup(MA);
751   }
752   bool isCycleFree(const Instruction *) const;
753   bool isBackedge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) const;
754   // Debug counter info.  When verifying, we have to reset the value numbering
755   // debug counter to the same state it started in to get the same results.
756   std::pair<int, int> StartingVNCounter;
757 };
758 } // end anonymous namespace
759
760 template <typename T>
761 static bool equalsLoadStoreHelper(const T &LHS, const Expression &RHS) {
762   if (!isa<LoadExpression>(RHS) && !isa<StoreExpression>(RHS))
763     return false;
764   return LHS.MemoryExpression::equals(RHS);
765 }
766
767 bool LoadExpression::equals(const Expression &Other) const {
768   return equalsLoadStoreHelper(*this, Other);
769 }
770
771 bool StoreExpression::equals(const Expression &Other) const {
772   if (!equalsLoadStoreHelper(*this, Other))
773     return false;
774   // Make sure that store vs store includes the value operand.
775   if (const auto *S = dyn_cast<StoreExpression>(&Other))
776     if (getStoredValue() != S->getStoredValue())
777       return false;
778   return true;
779 }
780
781 // Determine if the edge From->To is a backedge
782 bool NewGVN::isBackedge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) const {
783   if (From == To)
784     return true;
785   auto *FromDTN = DT->getNode(From);
786   auto *ToDTN = DT->getNode(To);
787   return RPOOrdering.lookup(FromDTN) >= RPOOrdering.lookup(ToDTN);
788 }
789
790 #ifndef NDEBUG
791 static std::string getBlockName(const BasicBlock *B) {
792   return DOTGraphTraits<const Function *>::getSimpleNodeLabel(B, nullptr);
793 }
794 #endif
795
796 // Get a MemoryAccess for an instruction, fake or real.
797 MemoryUseOrDef *NewGVN::getMemoryAccess(const Instruction *I) const {
798   auto *Result = MSSA->getMemoryAccess(I);
799   return Result ? Result : TempToMemory.lookup(I);
800 }
801
802 // Get a MemoryPhi for a basic block. These are all real.
803 MemoryPhi *NewGVN::getMemoryAccess(const BasicBlock *BB) const {
804   return MSSA->getMemoryAccess(BB);
805 }
806
807 // Get the basic block from an instruction/memory value.
808 BasicBlock *NewGVN::getBlockForValue(Value *V) const {
809   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
810     auto *Parent = I->getParent();
811     if (Parent)
812       return Parent;
813     Parent = TempToBlock.lookup(V);
814     assert(Parent && "Every fake instruction should have a block");
815     return Parent;
816   }
817
818   auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(V);
819   assert(MP && "Should have been an instruction or a MemoryPhi");
820   return MP->getBlock();
821 }
822
823 // Delete a definitely dead expression, so it can be reused by the expression
824 // allocator.  Some of these are not in creation functions, so we have to accept
825 // const versions.
826 void NewGVN::deleteExpression(const Expression *E) const {
827   assert(isa<BasicExpression>(E));
828   auto *BE = cast<BasicExpression>(E);
829   const_cast<BasicExpression *>(BE)->deallocateOperands(ArgRecycler);
830   ExpressionAllocator.Deallocate(E);
831 }
832 PHIExpression *NewGVN::createPHIExpression(Instruction *I, bool &HasBackedge,
833                                            bool &OriginalOpsConstant) const {
834   BasicBlock *PHIBlock = getBlockForValue(I);
835   auto *PN = cast<PHINode>(I);
836   auto *E =
837       new (ExpressionAllocator) PHIExpression(PN->getNumOperands(), PHIBlock);
838
839   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
840   E->setType(I->getType());
841   E->setOpcode(I->getOpcode());
842
843   // NewGVN assumes the operands of a PHI node are in a consistent order across
844   // PHIs. LLVM doesn't seem to always guarantee this. While we need to fix
845   // this in LLVM at some point we don't want GVN to find wrong congruences.
846   // Therefore, here we sort uses in predecessor order.
847   // We're sorting the values by pointer. In theory this might be cause of
848   // non-determinism, but here we don't rely on the ordering for anything
849   // significant, e.g. we don't create new instructions based on it so we're
850   // fine.
851   SmallVector<const Use *, 4> PHIOperands;
852   for (const Use &U : PN->operands())
853     PHIOperands.push_back(&U);
854   std::sort(PHIOperands.begin(), PHIOperands.end(),
855             [&](const Use *U1, const Use *U2) {
856               return PN->getIncomingBlock(*U1) < PN->getIncomingBlock(*U2);
857             });
858
859   // Filter out unreachable phi operands.
860   auto Filtered = make_filter_range(PHIOperands, [&](const Use *U) {
861     return ReachableEdges.count({PN->getIncomingBlock(*U), PHIBlock});
862   });
863   std::transform(Filtered.begin(), Filtered.end(), op_inserter(E),
864                  [&](const Use *U) -> Value * {
865                    auto *BB = PN->getIncomingBlock(*U);
866                    HasBackedge = HasBackedge || isBackedge(BB, PHIBlock);
867                    OriginalOpsConstant =
868                        OriginalOpsConstant && isa<Constant>(*U);
869                    // Use nullptr to distinguish between things that were
870                    // originally self-defined and those that have an operand
871                    // leader that is self-defined.
872                    if (*U == PN)
873                      return nullptr;
874                    // Things in TOPClass are equivalent to everything.
875                    if (ValueToClass.lookup(*U) == TOPClass)
876                      return nullptr;
877                    return lookupOperandLeader(*U);
878                  });
879   return E;
880 }
881
882 // Set basic expression info (Arguments, type, opcode) for Expression
883 // E from Instruction I in block B.
884 bool NewGVN::setBasicExpressionInfo(Instruction *I, BasicExpression *E) const {
885   bool AllConstant = true;
886   if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
887     E->setType(GEP->getSourceElementType());
888   else
889     E->setType(I->getType());
890   E->setOpcode(I->getOpcode());
891   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
892
893   // Transform the operand array into an operand leader array, and keep track of
894   // whether all members are constant.
895   std::transform(I->op_begin(), I->op_end(), op_inserter(E), [&](Value *O) {
896     auto Operand = lookupOperandLeader(O);
897     AllConstant = AllConstant && isa<Constant>(Operand);
898     return Operand;
899   });
900
901   return AllConstant;
902 }
903
904 const Expression *NewGVN::createBinaryExpression(unsigned Opcode, Type *T,
905                                                  Value *Arg1,
906                                                  Value *Arg2) const {
907   auto *E = new (ExpressionAllocator) BasicExpression(2);
908
909   E->setType(T);
910   E->setOpcode(Opcode);
911   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
912   if (Instruction::isCommutative(Opcode)) {
913     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
914     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
915     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
916     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
917     if (shouldSwapOperands(Arg1, Arg2))
918       std::swap(Arg1, Arg2);
919   }
920   E->op_push_back(lookupOperandLeader(Arg1));
921   E->op_push_back(lookupOperandLeader(Arg2));
922
923   Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
924   if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, nullptr, V))
925     return SimplifiedE;
926   return E;
927 }
928
929 // Take a Value returned by simplification of Expression E/Instruction
930 // I, and see if it resulted in a simpler expression. If so, return
931 // that expression.
932 // TODO: Once finished, this should not take an Instruction, we only
933 // use it for printing.
934 const Expression *NewGVN::checkSimplificationResults(Expression *E,
935                                                      Instruction *I,
936                                                      Value *V) const {
937   if (!V)
938     return nullptr;
939   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
940     if (I)
941       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
942                    << " constant " << *C << "\n");
943     NumGVNOpsSimplified++;
944     assert(isa<BasicExpression>(E) &&
945            "We should always have had a basic expression here");
946     deleteExpression(E);
947     return createConstantExpression(C);
948   } else if (isa<Argument>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) {
949     if (I)
950       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
951                    << " variable " << *V << "\n");
952     deleteExpression(E);
953     return createVariableExpression(V);
954   }
955
956   CongruenceClass *CC = ValueToClass.lookup(V);
957   if (CC && CC->getDefiningExpr()) {
958     if (I)
959       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
960                    << " expression " << *CC->getDefiningExpr() << "\n");
961     NumGVNOpsSimplified++;
962     deleteExpression(E);
963     return CC->getDefiningExpr();
964   }
965   return nullptr;
966 }
967
968 const Expression *NewGVN::createExpression(Instruction *I) const {
969   auto *E = new (ExpressionAllocator) BasicExpression(I->getNumOperands());
970
971   bool AllConstant = setBasicExpressionInfo(I, E);
972
973   if (I->isCommutative()) {
974     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
975     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
976     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
977     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
978     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
979     if (shouldSwapOperands(E->getOperand(0), E->getOperand(1)))
980       E->swapOperands(0, 1);
981   }
982
983   // Perform simplificaiton
984   // TODO: Right now we only check to see if we get a constant result.
985   // We may get a less than constant, but still better, result for
986   // some operations.
987   // IE
988   //  add 0, x -> x
989   //  and x, x -> x
990   // We should handle this by simply rewriting the expression.
991   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
992     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value
993     // number.
994     CmpInst::Predicate Predicate = CI->getPredicate();
995     if (shouldSwapOperands(E->getOperand(0), E->getOperand(1))) {
996       E->swapOperands(0, 1);
997       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
998     }
999     E->setOpcode((CI->getOpcode() << 8) | Predicate);
1000     // TODO: 25% of our time is spent in SimplifyCmpInst with pointer operands
1001     assert(I->getOperand(0)->getType() == I->getOperand(1)->getType() &&
1002            "Wrong types on cmp instruction");
1003     assert((E->getOperand(0)->getType() == I->getOperand(0)->getType() &&
1004             E->getOperand(1)->getType() == I->getOperand(1)->getType()));
1005     Value *V =
1006         SimplifyCmpInst(Predicate, E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
1007     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1008       return SimplifiedE;
1009   } else if (isa<SelectInst>(I)) {
1010     if (isa<Constant>(E->getOperand(0)) ||
1011         E->getOperand(0) == E->getOperand(1)) {
1012       assert(E->getOperand(1)->getType() == I->getOperand(1)->getType() &&
1013              E->getOperand(2)->getType() == I->getOperand(2)->getType());
1014       Value *V = SimplifySelectInst(E->getOperand(0), E->getOperand(1),
1015                                     E->getOperand(2), SQ);
1016       if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1017         return SimplifiedE;
1018     }
1019   } else if (I->isBinaryOp()) {
1020     Value *V =
1021         SimplifyBinOp(E->getOpcode(), E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
1022     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1023       return SimplifiedE;
1024   } else if (auto *BI = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
1025     Value *V =
1026         SimplifyCastInst(BI->getOpcode(), BI->getOperand(0), BI->getType(), SQ);
1027     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1028       return SimplifiedE;
1029   } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1030     Value *V = SimplifyGEPInst(
1031         E->getType(), ArrayRef<Value *>(E->op_begin(), E->op_end()), SQ);
1032     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1033       return SimplifiedE;
1034   } else if (AllConstant) {
1035     // We don't bother trying to simplify unless all of the operands
1036     // were constant.
1037     // TODO: There are a lot of Simplify*'s we could call here, if we
1038     // wanted to.  The original motivating case for this code was a
1039     // zext i1 false to i8, which we don't have an interface to
1040     // simplify (IE there is no SimplifyZExt).
1041
1042     SmallVector<Constant *, 8> C;
1043     for (Value *Arg : E->operands())
1044       C.emplace_back(cast<Constant>(Arg));
1045
1046     if (Value *V = ConstantFoldInstOperands(I, C, DL, TLI))
1047       if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1048         return SimplifiedE;
1049   }
1050   return E;
1051 }
1052
1053 const AggregateValueExpression *
1054 NewGVN::createAggregateValueExpression(Instruction *I) const {
1055   if (auto *II = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
1056     auto *E = new (ExpressionAllocator)
1057         AggregateValueExpression(I->getNumOperands(), II->getNumIndices());
1058     setBasicExpressionInfo(I, E);
1059     E->allocateIntOperands(ExpressionAllocator);
1060     std::copy(II->idx_begin(), II->idx_end(), int_op_inserter(E));
1061     return E;
1062   } else if (auto *EI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I)) {
1063     auto *E = new (ExpressionAllocator)
1064         AggregateValueExpression(I->getNumOperands(), EI->getNumIndices());
1065     setBasicExpressionInfo(EI, E);
1066     E->allocateIntOperands(ExpressionAllocator);
1067     std::copy(EI->idx_begin(), EI->idx_end(), int_op_inserter(E));
1068     return E;
1069   }
1070   llvm_unreachable("Unhandled type of aggregate value operation");
1071 }
1072
1073 const DeadExpression *NewGVN::createDeadExpression() const {
1074   // DeadExpression has no arguments and all DeadExpression's are the same,
1075   // so we only need one of them.
1076   return SingletonDeadExpression;
1077 }
1078
1079 const VariableExpression *NewGVN::createVariableExpression(Value *V) const {
1080   auto *E = new (ExpressionAllocator) VariableExpression(V);
1081   E->setOpcode(V->getValueID());
1082   return E;
1083 }
1084
1085 const Expression *NewGVN::createVariableOrConstant(Value *V) const {
1086   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
1087     return createConstantExpression(C);
1088   return createVariableExpression(V);
1089 }
1090
1091 const ConstantExpression *NewGVN::createConstantExpression(Constant *C) const {
1092   auto *E = new (ExpressionAllocator) ConstantExpression(C);
1093   E->setOpcode(C->getValueID());
1094   return E;
1095 }
1096
1097 const UnknownExpression *NewGVN::createUnknownExpression(Instruction *I) const {
1098   auto *E = new (ExpressionAllocator) UnknownExpression(I);
1099   E->setOpcode(I->getOpcode());
1100   return E;
1101 }
1102
1103 const CallExpression *
1104 NewGVN::createCallExpression(CallInst *CI, const MemoryAccess *MA) const {
1105   // FIXME: Add operand bundles for calls.
1106   auto *E =
1107       new (ExpressionAllocator) CallExpression(CI->getNumOperands(), CI, MA);
1108   setBasicExpressionInfo(CI, E);
1109   return E;
1110 }
1111
1112 // Return true if some equivalent of instruction Inst dominates instruction U.
1113 bool NewGVN::someEquivalentDominates(const Instruction *Inst,
1114                                      const Instruction *U) const {
1115   auto *CC = ValueToClass.lookup(Inst);
1116   // This must be an instruction because we are only called from phi nodes
1117   // in the case that the value it needs to check against is an instruction.
1118
1119   // The most likely candiates for dominance are the leader and the next leader.
1120   // The leader or nextleader will dominate in all cases where there is an
1121   // equivalent that is higher up in the dom tree.
1122   // We can't *only* check them, however, because the
1123   // dominator tree could have an infinite number of non-dominating siblings
1124   // with instructions that are in the right congruence class.
1125   //       A
1126   // B C D E F G
1127   // |
1128   // H
1129   // Instruction U could be in H,  with equivalents in every other sibling.
1130   // Depending on the rpo order picked, the leader could be the equivalent in
1131   // any of these siblings.
1132   if (!CC)
1133     return false;
1134   if (DT->dominates(cast<Instruction>(CC->getLeader()), U))
1135     return true;
1136   if (CC->getNextLeader().first &&
1137       DT->dominates(cast<Instruction>(CC->getNextLeader().first), U))
1138     return true;
1139   return llvm::any_of(*CC, [&](const Value *Member) {
1140     return Member != CC->getLeader() &&
1141            DT->dominates(cast<Instruction>(Member), U);
1142   });
1143 }
1144
1145 // See if we have a congruence class and leader for this operand, and if so,
1146 // return it. Otherwise, return the operand itself.
1147 Value *NewGVN::lookupOperandLeader(Value *V) const {
1148   CongruenceClass *CC = ValueToClass.lookup(V);
1149   if (CC) {
1150     // Everything in TOP is represented by undef, as it can be any value.
1151     // We do have to make sure we get the type right though, so we can't set the
1152     // RepLeader to undef.
1153     if (CC == TOPClass)
1154       return UndefValue::get(V->getType());
1155     return CC->getStoredValue() ? CC->getStoredValue() : CC->getLeader();
1156   }
1157
1158   return V;
1159 }
1160
1161 const MemoryAccess *NewGVN::lookupMemoryLeader(const MemoryAccess *MA) const {
1162   auto *CC = getMemoryClass(MA);
1163   assert(CC->getMemoryLeader() &&
1164          "Every MemoryAccess should be mapped to a congruence class with a "
1165          "representative memory access");
1166   return CC->getMemoryLeader();
1167 }
1168
1169 // Return true if the MemoryAccess is really equivalent to everything. This is
1170 // equivalent to the lattice value "TOP" in most lattices.  This is the initial
1171 // state of all MemoryAccesses.
1172 bool NewGVN::isMemoryAccessTOP(const MemoryAccess *MA) const {
1173   return getMemoryClass(MA) == TOPClass;
1174 }
1175
1176 LoadExpression *NewGVN::createLoadExpression(Type *LoadType, Value *PointerOp,
1177                                              LoadInst *LI,
1178                                              const MemoryAccess *MA) const {
1179   auto *E =
1180       new (ExpressionAllocator) LoadExpression(1, LI, lookupMemoryLeader(MA));
1181   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
1182   E->setType(LoadType);
1183
1184   // Give store and loads same opcode so they value number together.
1185   E->setOpcode(0);
1186   E->op_push_back(PointerOp);
1187   if (LI)
1188     E->setAlignment(LI->getAlignment());
1189
1190   // TODO: Value number heap versions. We may be able to discover
1191   // things alias analysis can't on it's own (IE that a store and a
1192   // load have the same value, and thus, it isn't clobbering the load).
1193   return E;
1194 }
1195
1196 const StoreExpression *
1197 NewGVN::createStoreExpression(StoreInst *SI, const MemoryAccess *MA) const {
1198   auto *StoredValueLeader = lookupOperandLeader(SI->getValueOperand());
1199   auto *E = new (ExpressionAllocator)
1200       StoreExpression(SI->getNumOperands(), SI, StoredValueLeader, MA);
1201   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
1202   E->setType(SI->getValueOperand()->getType());
1203
1204   // Give store and loads same opcode so they value number together.
1205   E->setOpcode(0);
1206   E->op_push_back(lookupOperandLeader(SI->getPointerOperand()));
1207
1208   // TODO: Value number heap versions. We may be able to discover
1209   // things alias analysis can't on it's own (IE that a store and a
1210   // load have the same value, and thus, it isn't clobbering the load).
1211   return E;
1212 }
1213
1214 const Expression *NewGVN::performSymbolicStoreEvaluation(Instruction *I) const {
1215   // Unlike loads, we never try to eliminate stores, so we do not check if they
1216   // are simple and avoid value numbering them.
1217   auto *SI = cast<StoreInst>(I);
1218   auto *StoreAccess = getMemoryAccess(SI);
1219   // Get the expression, if any, for the RHS of the MemoryDef.
1220   const MemoryAccess *StoreRHS = StoreAccess->getDefiningAccess();
1221   if (EnableStoreRefinement)
1222     StoreRHS = MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(StoreAccess);
1223   // If we bypassed the use-def chains, make sure we add a use.
1224   if (StoreRHS != StoreAccess->getDefiningAccess())
1225     addMemoryUsers(StoreRHS, StoreAccess);
1226   StoreRHS = lookupMemoryLeader(StoreRHS);
1227   // If we are defined by ourselves, use the live on entry def.
1228   if (StoreRHS == StoreAccess)
1229     StoreRHS = MSSA->getLiveOnEntryDef();
1230
1231   if (SI->isSimple()) {
1232     // See if we are defined by a previous store expression, it already has a
1233     // value, and it's the same value as our current store. FIXME: Right now, we
1234     // only do this for simple stores, we should expand to cover memcpys, etc.
1235     const auto *LastStore = createStoreExpression(SI, StoreRHS);
1236     const auto *LastCC = ExpressionToClass.lookup(LastStore);
1237     // Basically, check if the congruence class the store is in is defined by a
1238     // store that isn't us, and has the same value.  MemorySSA takes care of
1239     // ensuring the store has the same memory state as us already.
1240     // The RepStoredValue gets nulled if all the stores disappear in a class, so
1241     // we don't need to check if the class contains a store besides us.
1242     if (LastCC &&
1243         LastCC->getStoredValue() == lookupOperandLeader(SI->getValueOperand()))
1244       return LastStore;
1245     deleteExpression(LastStore);
1246     // Also check if our value operand is defined by a load of the same memory
1247     // location, and the memory state is the same as it was then (otherwise, it
1248     // could have been overwritten later. See test32 in
1249     // transforms/DeadStoreElimination/simple.ll).
1250     if (auto *LI =
1251             dyn_cast<LoadInst>(lookupOperandLeader(SI->getValueOperand()))) {
1252       if ((lookupOperandLeader(LI->getPointerOperand()) ==
1253            lookupOperandLeader(SI->getPointerOperand())) &&
1254           (lookupMemoryLeader(getMemoryAccess(LI)->getDefiningAccess()) ==
1255            StoreRHS))
1256         return createStoreExpression(SI, StoreRHS);
1257     }
1258   }
1259
1260   // If the store is not equivalent to anything, value number it as a store that
1261   // produces a unique memory state (instead of using it's MemoryUse, we use
1262   // it's MemoryDef).
1263   return createStoreExpression(SI, StoreAccess);
1264 }
1265
1266 // See if we can extract the value of a loaded pointer from a load, a store, or
1267 // a memory instruction.
1268 const Expression *
1269 NewGVN::performSymbolicLoadCoercion(Type *LoadType, Value *LoadPtr,
1270                                     LoadInst *LI, Instruction *DepInst,
1271                                     MemoryAccess *DefiningAccess) const {
1272   assert((!LI || LI->isSimple()) && "Not a simple load");
1273   if (auto *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1274     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1275     // Also don't need to coerce if they are the same type, we will just
1276     // propogate..
1277     if (LI->isAtomic() > DepSI->isAtomic() ||
1278         LoadType == DepSI->getValueOperand()->getType())
1279       return nullptr;
1280     int Offset = analyzeLoadFromClobberingStore(LoadType, LoadPtr, DepSI, DL);
1281     if (Offset >= 0) {
1282       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(
1283               lookupOperandLeader(DepSI->getValueOperand()))) {
1284         DEBUG(dbgs() << "Coercing load from store " << *DepSI << " to constant "
1285                      << *C << "\n");
1286         return createConstantExpression(
1287             getConstantStoreValueForLoad(C, Offset, LoadType, DL));
1288       }
1289     }
1290
1291   } else if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1292     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1293     if (LI->isAtomic() > DepLI->isAtomic())
1294       return nullptr;
1295     int Offset = analyzeLoadFromClobberingLoad(LoadType, LoadPtr, DepLI, DL);
1296     if (Offset >= 0) {
1297       // We can coerce a constant load into a load
1298       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(lookupOperandLeader(DepLI)))
1299         if (auto *PossibleConstant =
1300                 getConstantLoadValueForLoad(C, Offset, LoadType, DL)) {
1301           DEBUG(dbgs() << "Coercing load from load " << *LI << " to constant "
1302                        << *PossibleConstant << "\n");
1303           return createConstantExpression(PossibleConstant);
1304         }
1305     }
1306
1307   } else if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInst)) {
1308     int Offset = analyzeLoadFromClobberingMemInst(LoadType, LoadPtr, DepMI, DL);
1309     if (Offset >= 0) {
1310       if (auto *PossibleConstant =
1311               getConstantMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, LoadType, DL)) {
1312         DEBUG(dbgs() << "Coercing load from meminst " << *DepMI
1313                      << " to constant " << *PossibleConstant << "\n");
1314         return createConstantExpression(PossibleConstant);
1315       }
1316     }
1317   }
1318
1319   // All of the below are only true if the loaded pointer is produced
1320   // by the dependent instruction.
1321   if (LoadPtr != lookupOperandLeader(DepInst) &&
1322       !AA->isMustAlias(LoadPtr, DepInst))
1323     return nullptr;
1324   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1325   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1326   // intervening stores, for example.  Note that this is only true in the case
1327   // that the result of the allocation is pointer equal to the load ptr.
1328   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1329     return createConstantExpression(UndefValue::get(LoadType));
1330   }
1331   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1332   // then the loaded value is undefined.
1333   else if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1334     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1335       return createConstantExpression(UndefValue::get(LoadType));
1336   }
1337   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
1338   // then the loaded value is zero
1339   else if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1340     return createConstantExpression(Constant::getNullValue(LoadType));
1341   }
1342
1343   return nullptr;
1344 }
1345
1346 const Expression *NewGVN::performSymbolicLoadEvaluation(Instruction *I) const {
1347   auto *LI = cast<LoadInst>(I);
1348
1349   // We can eliminate in favor of non-simple loads, but we won't be able to
1350   // eliminate the loads themselves.
1351   if (!LI->isSimple())
1352     return nullptr;
1353
1354   Value *LoadAddressLeader = lookupOperandLeader(LI->getPointerOperand());
1355   // Load of undef is undef.
1356   if (isa<UndefValue>(LoadAddressLeader))
1357     return createConstantExpression(UndefValue::get(LI->getType()));
1358   MemoryAccess *OriginalAccess = getMemoryAccess(I);
1359   MemoryAccess *DefiningAccess =
1360       MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(OriginalAccess);
1361
1362   if (!MSSA->isLiveOnEntryDef(DefiningAccess)) {
1363     if (auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(DefiningAccess)) {
1364       Instruction *DefiningInst = MD->getMemoryInst();
1365       // If the defining instruction is not reachable, replace with undef.
1366       if (!ReachableBlocks.count(DefiningInst->getParent()))
1367         return createConstantExpression(UndefValue::get(LI->getType()));
1368       // This will handle stores and memory insts.  We only do if it the
1369       // defining access has a different type, or it is a pointer produced by
1370       // certain memory operations that cause the memory to have a fixed value
1371       // (IE things like calloc).
1372       if (const auto *CoercionResult =
1373               performSymbolicLoadCoercion(LI->getType(), LoadAddressLeader, LI,
1374                                           DefiningInst, DefiningAccess))
1375         return CoercionResult;
1376     }
1377   }
1378
1379   const Expression *E = createLoadExpression(LI->getType(), LoadAddressLeader,
1380                                              LI, DefiningAccess);
1381   return E;
1382 }
1383
1384 const Expression *
1385 NewGVN::performSymbolicPredicateInfoEvaluation(Instruction *I) const {
1386   auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(I);
1387   if (!PI)
1388     return nullptr;
1389
1390   DEBUG(dbgs() << "Found predicate info from instruction !\n");
1391
1392   auto *PWC = dyn_cast<PredicateWithCondition>(PI);
1393   if (!PWC)
1394     return nullptr;
1395
1396   auto *CopyOf = I->getOperand(0);
1397   auto *Cond = PWC->Condition;
1398
1399   // If this a copy of the condition, it must be either true or false depending
1400   // on the predicate info type and edge
1401   if (CopyOf == Cond) {
1402     // We should not need to add predicate users because the predicate info is
1403     // already a use of this operand.
1404     if (isa<PredicateAssume>(PI))
1405       return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(Cond->getType()));
1406     if (auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PI)) {
1407       if (PBranch->TrueEdge)
1408         return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(Cond->getType()));
1409       return createConstantExpression(ConstantInt::getFalse(Cond->getType()));
1410     }
1411     if (auto *PSwitch = dyn_cast<PredicateSwitch>(PI))
1412       return createConstantExpression(cast<Constant>(PSwitch->CaseValue));
1413   }
1414
1415   // Not a copy of the condition, so see what the predicates tell us about this
1416   // value.  First, though, we check to make sure the value is actually a copy
1417   // of one of the condition operands. It's possible, in certain cases, for it
1418   // to be a copy of a predicateinfo copy. In particular, if two branch
1419   // operations use the same condition, and one branch dominates the other, we
1420   // will end up with a copy of a copy.  This is currently a small deficiency in
1421   // predicateinfo.  What will end up happening here is that we will value
1422   // number both copies the same anyway.
1423
1424   // Everything below relies on the condition being a comparison.
1425   auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(Cond);
1426   if (!Cmp)
1427     return nullptr;
1428
1429   if (CopyOf != Cmp->getOperand(0) && CopyOf != Cmp->getOperand(1)) {
1430     DEBUG(dbgs() << "Copy is not of any condition operands!\n");
1431     return nullptr;
1432   }
1433   Value *FirstOp = lookupOperandLeader(Cmp->getOperand(0));
1434   Value *SecondOp = lookupOperandLeader(Cmp->getOperand(1));
1435   bool SwappedOps = false;
1436   // Sort the ops
1437   if (shouldSwapOperands(FirstOp, SecondOp)) {
1438     std::swap(FirstOp, SecondOp);
1439     SwappedOps = true;
1440   }
1441   CmpInst::Predicate Predicate =
1442       SwappedOps ? Cmp->getSwappedPredicate() : Cmp->getPredicate();
1443
1444   if (isa<PredicateAssume>(PI)) {
1445     // If the comparison is true when the operands are equal, then we know the
1446     // operands are equal, because assumes must always be true.
1447     if (CmpInst::isTrueWhenEqual(Predicate)) {
1448       addPredicateUsers(PI, I);
1449       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1450       return createVariableOrConstant(FirstOp);
1451     }
1452   }
1453   if (const auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PI)) {
1454     // If we are *not* a copy of the comparison, we may equal to the other
1455     // operand when the predicate implies something about equality of
1456     // operations.  In particular, if the comparison is true/false when the
1457     // operands are equal, and we are on the right edge, we know this operation
1458     // is equal to something.
1459     if ((PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::ICMP_EQ) ||
1460         (!PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::ICMP_NE)) {
1461       addPredicateUsers(PI, I);
1462       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1463       return createVariableOrConstant(FirstOp);
1464     }
1465     // Handle the special case of floating point.
1466     if (((PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
1467          (!PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::FCMP_UNE)) &&
1468         isa<ConstantFP>(FirstOp) && !cast<ConstantFP>(FirstOp)->isZero()) {
1469       addPredicateUsers(PI, I);
1470       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1471       return createConstantExpression(cast<Constant>(FirstOp));
1472     }
1473   }
1474   return nullptr;
1475 }
1476
1477 // Evaluate read only and pure calls, and create an expression result.
1478 const Expression *NewGVN::performSymbolicCallEvaluation(Instruction *I) const {
1479   auto *CI = cast<CallInst>(I);
1480   if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1481     // Instrinsics with the returned attribute are copies of arguments.
1482     if (auto *ReturnedValue = II->getReturnedArgOperand()) {
1483       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ssa_copy)
1484         if (const auto *Result = performSymbolicPredicateInfoEvaluation(I))
1485           return Result;
1486       return createVariableOrConstant(ReturnedValue);
1487     }
1488   }
1489   if (AA->doesNotAccessMemory(CI)) {
1490     return createCallExpression(CI, TOPClass->getMemoryLeader());
1491   } else if (AA->onlyReadsMemory(CI)) {
1492     MemoryAccess *DefiningAccess = MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(CI);
1493     return createCallExpression(CI, DefiningAccess);
1494   }
1495   return nullptr;
1496 }
1497
1498 // Retrieve the memory class for a given MemoryAccess.
1499 CongruenceClass *NewGVN::getMemoryClass(const MemoryAccess *MA) const {
1500
1501   auto *Result = MemoryAccessToClass.lookup(MA);
1502   assert(Result && "Should have found memory class");
1503   return Result;
1504 }
1505
1506 // Update the MemoryAccess equivalence table to say that From is equal to To,
1507 // and return true if this is different from what already existed in the table.
1508 bool NewGVN::setMemoryClass(const MemoryAccess *From,
1509                             CongruenceClass *NewClass) {
1510   assert(NewClass &&
1511          "Every MemoryAccess should be getting mapped to a non-null class");
1512   DEBUG(dbgs() << "Setting " << *From);
1513   DEBUG(dbgs() << " equivalent to congruence class ");
1514   DEBUG(dbgs() << NewClass->getID() << " with current MemoryAccess leader ");
1515   DEBUG(dbgs() << *NewClass->getMemoryLeader() << "\n");
1516
1517   auto LookupResult = MemoryAccessToClass.find(From);
1518   bool Changed = false;
1519   // If it's already in the table, see if the value changed.
1520   if (LookupResult != MemoryAccessToClass.end()) {
1521     auto *OldClass = LookupResult->second;
1522     if (OldClass != NewClass) {
1523       // If this is a phi, we have to handle memory member updates.
1524       if (auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(From)) {
1525         OldClass->memory_erase(MP);
1526         NewClass->memory_insert(MP);
1527         // This may have killed the class if it had no non-memory members
1528         if (OldClass->getMemoryLeader() == From) {
1529           if (OldClass->definesNoMemory()) {
1530             OldClass->setMemoryLeader(nullptr);
1531           } else {
1532             OldClass->setMemoryLeader(getNextMemoryLeader(OldClass));
1533             DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class "
1534                          << OldClass->getID() << " to "
1535                          << *OldClass->getMemoryLeader()
1536                          << " due to removal of a memory member " << *From
1537                          << "\n");
1538             markMemoryLeaderChangeTouched(OldClass);
1539           }
1540         }
1541       }
1542       // It wasn't equivalent before, and now it is.
1543       LookupResult->second = NewClass;
1544       Changed = true;
1545     }
1546   }
1547
1548   return Changed;
1549 }
1550
1551 // Determine if a instruction is cycle-free.  That means the values in the
1552 // instruction don't depend on any expressions that can change value as a result
1553 // of the instruction.  For example, a non-cycle free instruction would be v =
1554 // phi(0, v+1).
1555 bool NewGVN::isCycleFree(const Instruction *I) const {
1556   // In order to compute cycle-freeness, we do SCC finding on the instruction,
1557   // and see what kind of SCC it ends up in.  If it is a singleton, it is
1558   // cycle-free.  If it is not in a singleton, it is only cycle free if the
1559   // other members are all phi nodes (as they do not compute anything, they are
1560   // copies).
1561   auto ICS = InstCycleState.lookup(I);
1562   if (ICS == ICS_Unknown) {
1563     SCCFinder.Start(I);
1564     auto &SCC = SCCFinder.getComponentFor(I);
1565     // It's cycle free if it's size 1 or or the SCC is *only* phi nodes.
1566     if (SCC.size() == 1)
1567       InstCycleState.insert({I, ICS_CycleFree});
1568     else {
1569       bool AllPhis =
1570           llvm::all_of(SCC, [](const Value *V) { return isa<PHINode>(V); });
1571       ICS = AllPhis ? ICS_CycleFree : ICS_Cycle;
1572       for (auto *Member : SCC)
1573         if (auto *MemberPhi = dyn_cast<PHINode>(Member))
1574           InstCycleState.insert({MemberPhi, ICS});
1575     }
1576   }
1577   if (ICS == ICS_Cycle)
1578     return false;
1579   return true;
1580 }
1581
1582 // Evaluate PHI nodes symbolically, and create an expression result.
1583 const Expression *NewGVN::performSymbolicPHIEvaluation(Instruction *I) const {
1584   // True if one of the incoming phi edges is a backedge.
1585   bool HasBackedge = false;
1586   // All constant tracks the state of whether all the *original* phi operands
1587   // This is really shorthand for "this phi cannot cycle due to forward
1588   // change in value of the phi is guaranteed not to later change the value of
1589   // the phi. IE it can't be v = phi(undef, v+1)
1590   bool AllConstant = true;
1591   auto *E =
1592       cast<PHIExpression>(createPHIExpression(I, HasBackedge, AllConstant));
1593   // We match the semantics of SimplifyPhiNode from InstructionSimplify here.
1594   // See if all arguments are the same.
1595   // We track if any were undef because they need special handling.
1596   bool HasUndef = false;
1597   bool CycleFree = isCycleFree(I);
1598   auto Filtered = make_filter_range(E->operands(), [&](Value *Arg) {
1599     if (Arg == nullptr)
1600       return false;
1601     // Original self-operands are already eliminated during expression creation.
1602     // We can only eliminate value-wise self-operands if it's cycle
1603     // free. Otherwise, eliminating the operand can cause our value to change,
1604     // which can cause us to not eliminate the operand, which changes the value
1605     // back to what it was before, cycling forever.
1606     if (CycleFree && Arg == I)
1607       return false;
1608     if (isa<UndefValue>(Arg)) {
1609       HasUndef = true;
1610       return false;
1611     }
1612     return true;
1613   });
1614   // If we are left with no operands, it's dead.
1615   if (Filtered.begin() == Filtered.end()) {
1616     DEBUG(dbgs() << "No arguments of PHI node " << *I << " are live\n");
1617     deleteExpression(E);
1618     return createDeadExpression();
1619   }
1620   unsigned NumOps = 0;
1621   Value *AllSameValue = *(Filtered.begin());
1622   ++Filtered.begin();
1623   // Can't use std::equal here, sadly, because filter.begin moves.
1624   if (llvm::all_of(Filtered, [&](Value *Arg) {
1625         ++NumOps;
1626         return Arg == AllSameValue;
1627       })) {
1628     // In LLVM's non-standard representation of phi nodes, it's possible to have
1629     // phi nodes with cycles (IE dependent on other phis that are .... dependent
1630     // on the original phi node), especially in weird CFG's where some arguments
1631     // are unreachable, or uninitialized along certain paths.  This can cause
1632     // infinite loops during evaluation. We work around this by not trying to
1633     // really evaluate them independently, but instead using a variable
1634     // expression to say if one is equivalent to the other.
1635     // We also special case undef, so that if we have an undef, we can't use the
1636     // common value unless it dominates the phi block.
1637     if (HasUndef) {
1638       // If we have undef and at least one other value, this is really a
1639       // multivalued phi, and we need to know if it's cycle free in order to
1640       // evaluate whether we can ignore the undef.  The other parts of this are
1641       // just shortcuts.  If there is no backedge, or all operands are
1642       // constants, or all operands are ignored but the undef, it also must be
1643       // cycle free.
1644       if (!AllConstant && HasBackedge && NumOps > 0 &&
1645           !isa<UndefValue>(AllSameValue) && !CycleFree)
1646         return E;
1647
1648       // Only have to check for instructions
1649       if (auto *AllSameInst = dyn_cast<Instruction>(AllSameValue))
1650         if (!someEquivalentDominates(AllSameInst, I))
1651           return E;
1652     }
1653
1654     NumGVNPhisAllSame++;
1655     DEBUG(dbgs() << "Simplified PHI node " << *I << " to " << *AllSameValue
1656                  << "\n");
1657     deleteExpression(E);
1658     return createVariableOrConstant(AllSameValue);
1659   }
1660   return E;
1661 }
1662
1663 const Expression *
1664 NewGVN::performSymbolicAggrValueEvaluation(Instruction *I) const {
1665   if (auto *EI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I)) {
1666     auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
1667     if (II && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0) {
1668       unsigned Opcode = 0;
1669       // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
1670       // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
1671       // an extract value expression.
1672       switch (II->getIntrinsicID()) {
1673       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1674       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1675         Opcode = Instruction::Add;
1676         break;
1677       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1678       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1679         Opcode = Instruction::Sub;
1680         break;
1681       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1682       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1683         Opcode = Instruction::Mul;
1684         break;
1685       default:
1686         break;
1687       }
1688
1689       if (Opcode != 0) {
1690         // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the
1691         // expression.
1692         assert(II->getNumArgOperands() == 2 &&
1693                "Expect two args for recognised intrinsics.");
1694         return createBinaryExpression(
1695             Opcode, EI->getType(), II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1));
1696       }
1697     }
1698   }
1699
1700   return createAggregateValueExpression(I);
1701 }
1702 const Expression *NewGVN::performSymbolicCmpEvaluation(Instruction *I) const {
1703   auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I);
1704   // See if our operands are equal to those of a previous predicate, and if so,
1705   // if it implies true or false.
1706   auto Op0 = lookupOperandLeader(CI->getOperand(0));
1707   auto Op1 = lookupOperandLeader(CI->getOperand(1));
1708   auto OurPredicate = CI->getPredicate();
1709   if (shouldSwapOperands(Op0, Op1)) {
1710     std::swap(Op0, Op1);
1711     OurPredicate = CI->getSwappedPredicate();
1712   }
1713
1714   // Avoid processing the same info twice
1715   const PredicateBase *LastPredInfo = nullptr;
1716   // See if we know something about the comparison itself, like it is the target
1717   // of an assume.
1718   auto *CmpPI = PredInfo->getPredicateInfoFor(I);
1719   if (dyn_cast_or_null<PredicateAssume>(CmpPI))
1720     return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1721
1722   if (Op0 == Op1) {
1723     // This condition does not depend on predicates, no need to add users
1724     if (CI->isTrueWhenEqual())
1725       return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1726     else if (CI->isFalseWhenEqual())
1727       return createConstantExpression(ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1728   }
1729
1730   // NOTE: Because we are comparing both operands here and below, and using
1731   // previous comparisons, we rely on fact that predicateinfo knows to mark
1732   // comparisons that use renamed operands as users of the earlier comparisons.
1733   // It is *not* enough to just mark predicateinfo renamed operands as users of
1734   // the earlier comparisons, because the *other* operand may have changed in a
1735   // previous iteration.
1736   // Example:
1737   // icmp slt %a, %b
1738   // %b.0 = ssa.copy(%b)
1739   // false branch:
1740   // icmp slt %c, %b.0
1741
1742   // %c and %a may start out equal, and thus, the code below will say the second
1743   // %icmp is false.  c may become equal to something else, and in that case the
1744   // %second icmp *must* be reexamined, but would not if only the renamed
1745   // %operands are considered users of the icmp.
1746
1747   // *Currently* we only check one level of comparisons back, and only mark one
1748   // level back as touched when changes appen .  If you modify this code to look
1749   // back farther through comparisons, you *must* mark the appropriate
1750   // comparisons as users in PredicateInfo.cpp, or you will cause bugs.  See if
1751   // we know something just from the operands themselves
1752
1753   // See if our operands have predicate info, so that we may be able to derive
1754   // something from a previous comparison.
1755   for (const auto &Op : CI->operands()) {
1756     auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(Op);
1757     if (const auto *PBranch = dyn_cast_or_null<PredicateBranch>(PI)) {
1758       if (PI == LastPredInfo)
1759         continue;
1760       LastPredInfo = PI;
1761
1762       // TODO: Along the false edge, we may know more things too, like icmp of
1763       // same operands is false.
1764       // TODO: We only handle actual comparison conditions below, not and/or.
1765       auto *BranchCond = dyn_cast<CmpInst>(PBranch->Condition);
1766       if (!BranchCond)
1767         continue;
1768       auto *BranchOp0 = lookupOperandLeader(BranchCond->getOperand(0));
1769       auto *BranchOp1 = lookupOperandLeader(BranchCond->getOperand(1));
1770       auto BranchPredicate = BranchCond->getPredicate();
1771       if (shouldSwapOperands(BranchOp0, BranchOp1)) {
1772         std::swap(BranchOp0, BranchOp1);
1773         BranchPredicate = BranchCond->getSwappedPredicate();
1774       }
1775       if (BranchOp0 == Op0 && BranchOp1 == Op1) {
1776         if (PBranch->TrueEdge) {
1777           // If we know the previous predicate is true and we are in the true
1778           // edge then we may be implied true or false.
1779           if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(BranchPredicate,
1780                                                   OurPredicate)) {
1781             addPredicateUsers(PI, I);
1782             return createConstantExpression(
1783                 ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1784           }
1785
1786           if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(BranchPredicate,
1787                                                    OurPredicate)) {
1788             addPredicateUsers(PI, I);
1789             return createConstantExpression(
1790                 ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1791           }
1792
1793         } else {
1794           // Just handle the ne and eq cases, where if we have the same
1795           // operands, we may know something.
1796           if (BranchPredicate == OurPredicate) {
1797             addPredicateUsers(PI, I);
1798             // Same predicate, same ops,we know it was false, so this is false.
1799             return createConstantExpression(
1800                 ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1801           } else if (BranchPredicate ==
1802                      CmpInst::getInversePredicate(OurPredicate)) {
1803             addPredicateUsers(PI, I);
1804             // Inverse predicate, we know the other was false, so this is true.
1805             return createConstantExpression(
1806                 ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1807           }
1808         }
1809       }
1810     }
1811   }
1812   // Create expression will take care of simplifyCmpInst
1813   return createExpression(I);
1814 }
1815
1816 // Return true if V is a value that will always be available (IE can
1817 // be placed anywhere) in the function.  We don't do globals here
1818 // because they are often worse to put in place.
1819 // TODO: Separate cost from availability
1820 static bool alwaysAvailable(Value *V) {
1821   return isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V);
1822 }
1823
1824 // Substitute and symbolize the value before value numbering.
1825 const Expression *
1826 NewGVN::performSymbolicEvaluation(Value *V,
1827                                   SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) const {
1828   const Expression *E = nullptr;
1829   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
1830     E = createConstantExpression(C);
1831   else if (isa<Argument>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) {
1832     E = createVariableExpression(V);
1833   } else {
1834     // TODO: memory intrinsics.
1835     // TODO: Some day, we should do the forward propagation and reassociation
1836     // parts of the algorithm.
1837     auto *I = cast<Instruction>(V);
1838     switch (I->getOpcode()) {
1839     case Instruction::ExtractValue:
1840     case Instruction::InsertValue:
1841       E = performSymbolicAggrValueEvaluation(I);
1842       break;
1843     case Instruction::PHI:
1844       E = performSymbolicPHIEvaluation(I);
1845       break;
1846     case Instruction::Call:
1847       E = performSymbolicCallEvaluation(I);
1848       break;
1849     case Instruction::Store:
1850       E = performSymbolicStoreEvaluation(I);
1851       break;
1852     case Instruction::Load:
1853       E = performSymbolicLoadEvaluation(I);
1854       break;
1855     case Instruction::BitCast: {
1856       E = createExpression(I);
1857     } break;
1858     case Instruction::ICmp:
1859     case Instruction::FCmp: {
1860       E = performSymbolicCmpEvaluation(I);
1861     } break;
1862     case Instruction::Add:
1863     case Instruction::FAdd:
1864     case Instruction::Sub:
1865     case Instruction::FSub:
1866     case Instruction::Mul:
1867     case Instruction::FMul:
1868     case Instruction::UDiv:
1869     case Instruction::SDiv:
1870     case Instruction::FDiv:
1871     case Instruction::URem:
1872     case Instruction::SRem:
1873     case Instruction::FRem:
1874     case Instruction::Shl:
1875     case Instruction::LShr:
1876     case Instruction::AShr:
1877     case Instruction::And:
1878     case Instruction::Or:
1879     case Instruction::Xor:
1880     case Instruction::Trunc:
1881     case Instruction::ZExt:
1882     case Instruction::SExt:
1883     case Instruction::FPToUI:
1884     case Instruction::FPToSI:
1885     case Instruction::UIToFP:
1886     case Instruction::SIToFP:
1887     case Instruction::FPTrunc:
1888     case Instruction::FPExt:
1889     case Instruction::PtrToInt:
1890     case Instruction::IntToPtr:
1891     case Instruction::Select:
1892     case Instruction::ExtractElement:
1893     case Instruction::InsertElement:
1894     case Instruction::ShuffleVector:
1895     case Instruction::GetElementPtr:
1896       E = createExpression(I);
1897       break;
1898     default:
1899       return nullptr;
1900     }
1901   }
1902   return E;
1903 }
1904
1905 // Look up a container in a map, and then call a function for each thing in the
1906 // found container.
1907 template <typename Map, typename KeyType, typename Func>
1908 void NewGVN::for_each_found(Map &M, const KeyType &Key, Func F) {
1909   const auto Result = M.find_as(Key);
1910   if (Result != M.end())
1911     for (typename Map::mapped_type::value_type Mapped : Result->second)
1912       F(Mapped);
1913 }
1914
1915 // Look up a container of values/instructions in a map, and touch all the
1916 // instructions in the container.  Then erase value from the map.
1917 template <typename Map, typename KeyType>
1918 void NewGVN::touchAndErase(Map &M, const KeyType &Key) {
1919   const auto Result = M.find_as(Key);
1920   if (Result != M.end()) {
1921     for (const typename Map::mapped_type::value_type Mapped : Result->second)
1922       TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(Mapped));
1923     M.erase(Result);
1924   }
1925 }
1926
1927 void NewGVN::addAdditionalUsers(Value *To, Value *User) const {
1928   AdditionalUsers[To].insert(User);
1929 }
1930
1931 void NewGVN::markUsersTouched(Value *V) {
1932   // Now mark the users as touched.
1933   for (auto *User : V->users()) {
1934     assert(isa<Instruction>(User) && "Use of value not within an instruction?");
1935     TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(User));
1936   }
1937   touchAndErase(AdditionalUsers, V);
1938 }
1939
1940 void NewGVN::addMemoryUsers(const MemoryAccess *To, MemoryAccess *U) const {
1941   DEBUG(dbgs() << "Adding memory user " << *U << " to " << *To << "\n");
1942   MemoryToUsers[To].insert(U);
1943 }
1944
1945 void NewGVN::markMemoryDefTouched(const MemoryAccess *MA) {
1946   TouchedInstructions.set(MemoryToDFSNum(MA));
1947 }
1948
1949 void NewGVN::markMemoryUsersTouched(const MemoryAccess *MA) {
1950   if (isa<MemoryUse>(MA))
1951     return;
1952   for (auto U : MA->users())
1953     TouchedInstructions.set(MemoryToDFSNum(U));
1954   touchAndErase(MemoryToUsers, MA);
1955 }
1956
1957 // Add I to the set of users of a given predicate.
1958 void NewGVN::addPredicateUsers(const PredicateBase *PB, Instruction *I) const {
1959   // Don't add temporary instructions to the user lists.
1960   if (AllTempInstructions.count(I))
1961     return;
1962
1963   if (auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PB))
1964     PredicateToUsers[PBranch->Condition].insert(I);
1965   else if (auto *PAssume = dyn_cast<PredicateBranch>(PB))
1966     PredicateToUsers[PAssume->Condition].insert(I);
1967 }
1968
1969 // Touch all the predicates that depend on this instruction.
1970 void NewGVN::markPredicateUsersTouched(Instruction *I) {
1971   touchAndErase(PredicateToUsers, I);
1972 }
1973
1974 // Mark users affected by a memory leader change.
1975 void NewGVN::markMemoryLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC) {
1976   for (auto M : CC->memory())
1977     markMemoryDefTouched(M);
1978 }
1979
1980 // Touch the instructions that need to be updated after a congruence class has a
1981 // leader change, and mark changed values.
1982 void NewGVN::markValueLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC) {
1983   for (auto M : *CC) {
1984     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(M))
1985       TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(I));
1986     LeaderChanges.insert(M);
1987   }
1988 }
1989
1990 // Give a range of things that have instruction DFS numbers, this will return
1991 // the member of the range with the smallest dfs number.
1992 template <class T, class Range>
1993 T *NewGVN::getMinDFSOfRange(const Range &R) const {
1994   std::pair<T *, unsigned> MinDFS = {nullptr, ~0U};
1995   for (const auto X : R) {
1996     auto DFSNum = InstrToDFSNum(X);
1997     if (DFSNum < MinDFS.second)
1998       MinDFS = {X, DFSNum};
1999   }
2000   return MinDFS.first;
2001 }
2002
2003 // This function returns the MemoryAccess that should be the next leader of
2004 // congruence class CC, under the assumption that the current leader is going to
2005 // disappear.
2006 const MemoryAccess *NewGVN::getNextMemoryLeader(CongruenceClass *CC) const {
2007   // TODO: If this ends up to slow, we can maintain a next memory leader like we
2008   // do for regular leaders.
2009   // Make sure there will be a leader to find
2010   assert(!CC->definesNoMemory() && "Can't get next leader if there is none");
2011   if (CC->getStoreCount() > 0) {
2012     if (auto *NL = dyn_cast_or_null<StoreInst>(CC->getNextLeader().first))
2013       return getMemoryAccess(NL);
2014     // Find the store with the minimum DFS number.
2015     auto *V = getMinDFSOfRange<Value>(make_filter_range(
2016         *CC, [&](const Value *V) { return isa<StoreInst>(V); }));
2017     return getMemoryAccess(cast<StoreInst>(V));
2018   }
2019   assert(CC->getStoreCount() == 0);
2020
2021   // Given our assertion, hitting this part must mean
2022   // !OldClass->memory_empty()
2023   if (CC->memory_size() == 1)
2024     return *CC->memory_begin();
2025   return getMinDFSOfRange<const MemoryPhi>(CC->memory());
2026 }
2027
2028 // This function returns the next value leader of a congruence class, under the
2029 // assumption that the current leader is going away.  This should end up being
2030 // the next most dominating member.
2031 Value *NewGVN::getNextValueLeader(CongruenceClass *CC) const {
2032   // We don't need to sort members if there is only 1, and we don't care about
2033   // sorting the TOP class because everything either gets out of it or is
2034   // unreachable.
2035
2036   if (CC->size() == 1 || CC == TOPClass) {
2037     return *(CC->begin());
2038   } else if (CC->getNextLeader().first) {
2039     ++NumGVNAvoidedSortedLeaderChanges;
2040     return CC->getNextLeader().first;
2041   } else {
2042     ++NumGVNSortedLeaderChanges;
2043     // NOTE: If this ends up to slow, we can maintain a dual structure for
2044     // member testing/insertion, or keep things mostly sorted, and sort only
2045     // here, or use SparseBitVector or ....
2046     return getMinDFSOfRange<Value>(*CC);
2047   }
2048 }
2049
2050 // Move a MemoryAccess, currently in OldClass, to NewClass, including updates to
2051 // the memory members, etc for the move.
2052 //
2053 // The invariants of this function are:
2054 //
2055 // I must be moving to NewClass from OldClass The StoreCount of OldClass and
2056 // NewClass is expected to have been updated for I already if it is is a store.
2057 // The OldClass memory leader has not been updated yet if I was the leader.
2058 void NewGVN::moveMemoryToNewCongruenceClass(Instruction *I,
2059                                             MemoryAccess *InstMA,
2060                                             CongruenceClass *OldClass,
2061                                             CongruenceClass *NewClass) {
2062   // If the leader is I, and we had a represenative MemoryAccess, it should
2063   // be the MemoryAccess of OldClass.
2064   assert((!InstMA || !OldClass->getMemoryLeader() ||
2065           OldClass->getLeader() != I ||
2066           OldClass->getMemoryLeader() == InstMA) &&
2067          "Representative MemoryAccess mismatch");
2068   // First, see what happens to the new class
2069   if (!NewClass->getMemoryLeader()) {
2070     // Should be a new class, or a store becoming a leader of a new class.
2071     assert(NewClass->size() == 1 ||
2072            (isa<StoreInst>(I) && NewClass->getStoreCount() == 1));
2073     NewClass->setMemoryLeader(InstMA);
2074     // Mark it touched if we didn't just create a singleton
2075     DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class " << NewClass->getID()
2076                  << " due to new memory instruction becoming leader\n");
2077     markMemoryLeaderChangeTouched(NewClass);
2078   }
2079   setMemoryClass(InstMA, NewClass);
2080   // Now, fixup the old class if necessary
2081   if (OldClass->getMemoryLeader() == InstMA) {
2082     if (!OldClass->definesNoMemory()) {
2083       OldClass->setMemoryLeader(getNextMemoryLeader(OldClass));
2084       DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class "
2085                    << OldClass->getID() << " to "
2086                    << *OldClass->getMemoryLeader()
2087                    << " due to removal of old leader " << *InstMA << "\n");
2088       markMemoryLeaderChangeTouched(OldClass);
2089     } else
2090       OldClass->setMemoryLeader(nullptr);
2091   }
2092 }
2093
2094 // Move a value, currently in OldClass, to be part of NewClass
2095 // Update OldClass and NewClass for the move (including changing leaders, etc).
2096 void NewGVN::moveValueToNewCongruenceClass(Instruction *I, const Expression *E,
2097                                            CongruenceClass *OldClass,
2098                                            CongruenceClass *NewClass) {
2099   if (I == OldClass->getNextLeader().first)
2100     OldClass->resetNextLeader();
2101
2102   OldClass->erase(I);
2103   NewClass->insert(I);
2104
2105   if (NewClass->getLeader() != I)
2106     NewClass->addPossibleNextLeader({I, InstrToDFSNum(I)});
2107   // Handle our special casing of stores.
2108   if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2109     OldClass->decStoreCount();
2110     // Okay, so when do we want to make a store a leader of a class?
2111     // If we have a store defined by an earlier load, we want the earlier load
2112     // to lead the class.
2113     // If we have a store defined by something else, we want the store to lead
2114     // the class so everything else gets the "something else" as a value.
2115     // If we have a store as the single member of the class, we want the store
2116     // as the leader
2117     if (NewClass->getStoreCount() == 0 && !NewClass->getStoredValue()) {
2118       // If it's a store expression we are using, it means we are not equivalent
2119       // to something earlier.
2120       if (auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(E)) {
2121         NewClass->setStoredValue(SE->getStoredValue());
2122         markValueLeaderChangeTouched(NewClass);
2123         // Shift the new class leader to be the store
2124         DEBUG(dbgs() << "Changing leader of congruence class "
2125                      << NewClass->getID() << " from " << *NewClass->getLeader()
2126                      << " to  " << *SI << " because store joined class\n");
2127         // If we changed the leader, we have to mark it changed because we don't
2128         // know what it will do to symbolic evlauation.
2129         NewClass->setLeader(SI);
2130       }
2131       // We rely on the code below handling the MemoryAccess change.
2132     }
2133     NewClass->incStoreCount();
2134   }
2135   // True if there is no memory instructions left in a class that had memory
2136   // instructions before.
2137
2138   // If it's not a memory use, set the MemoryAccess equivalence
2139   auto *InstMA = dyn_cast_or_null<MemoryDef>(getMemoryAccess(I));
2140   if (InstMA)
2141     moveMemoryToNewCongruenceClass(I, InstMA, OldClass, NewClass);
2142   ValueToClass[I] = NewClass;
2143   // See if we destroyed the class or need to swap leaders.
2144   if (OldClass->empty() && OldClass != TOPClass) {
2145     if (OldClass->getDefiningExpr()) {
2146       DEBUG(dbgs() << "Erasing expression " << *OldClass->getDefiningExpr()
2147                    << " from table\n");
2148       ExpressionToClass.erase(OldClass->getDefiningExpr());
2149     }
2150   } else if (OldClass->getLeader() == I) {
2151     // When the leader changes, the value numbering of
2152     // everything may change due to symbolization changes, so we need to
2153     // reprocess.
2154     DEBUG(dbgs() << "Value class leader change for class " << OldClass->getID()
2155                  << "\n");
2156     ++NumGVNLeaderChanges;
2157     // Destroy the stored value if there are no more stores to represent it.
2158     // Note that this is basically clean up for the expression removal that
2159     // happens below.  If we remove stores from a class, we may leave it as a
2160     // class of equivalent memory phis.
2161     if (OldClass->getStoreCount() == 0) {
2162       if (OldClass->getStoredValue())
2163         OldClass->setStoredValue(nullptr);
2164     }
2165     OldClass->setLeader(getNextValueLeader(OldClass));
2166     OldClass->resetNextLeader();
2167     markValueLeaderChangeTouched(OldClass);
2168   }
2169 }
2170
2171 // For a given expression, mark the phi of ops instructions that could have
2172 // changed as a result.
2173 void NewGVN::markPhiOfOpsChanged(const HashedExpression &HE) {
2174   touchAndErase(ExpressionToPhiOfOps, HE);
2175 }
2176
2177 // Perform congruence finding on a given value numbering expression.
2178 void NewGVN::performCongruenceFinding(Instruction *I, const Expression *E) {
2179   // This is guaranteed to return something, since it will at least find
2180   // TOP.
2181
2182   CongruenceClass *IClass = ValueToClass.lookup(I);
2183   assert(IClass && "Should have found a IClass");
2184   // Dead classes should have been eliminated from the mapping.
2185   assert(!IClass->isDead() && "Found a dead class");
2186
2187   CongruenceClass *EClass = nullptr;
2188   HashedExpression HE(E);
2189   if (const auto *VE = dyn_cast<VariableExpression>(E)) {
2190     EClass = ValueToClass.lookup(VE->getVariableValue());
2191   } else if (isa<DeadExpression>(E)) {
2192     EClass = TOPClass;
2193   }
2194   if (!EClass) {
2195     auto lookupResult = ExpressionToClass.insert_as({E, nullptr}, HE);
2196
2197     // If it's not in the value table, create a new congruence class.
2198     if (lookupResult.second) {
2199       CongruenceClass *NewClass = createCongruenceClass(nullptr, E);
2200       auto place = lookupResult.first;
2201       place->second = NewClass;
2202
2203       // Constants and variables should always be made the leader.
2204       if (const auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E)) {
2205         NewClass->setLeader(CE->getConstantValue());
2206       } else if (const auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(E)) {
2207         StoreInst *SI = SE->getStoreInst();
2208         NewClass->setLeader(SI);
2209         NewClass->setStoredValue(SE->getStoredValue());
2210         // The RepMemoryAccess field will be filled in properly by the
2211         // moveValueToNewCongruenceClass call.
2212       } else {
2213         NewClass->setLeader(I);
2214       }
2215       assert(!isa<VariableExpression>(E) &&
2216              "VariableExpression should have been handled already");
2217
2218       EClass = NewClass;
2219       DEBUG(dbgs() << "Created new congruence class for " << *I
2220                    << " using expression " << *E << " at " << NewClass->getID()
2221                    << " and leader " << *(NewClass->getLeader()));
2222       if (NewClass->getStoredValue())
2223         DEBUG(dbgs() << " and stored value " << *(NewClass->getStoredValue()));
2224       DEBUG(dbgs() << "\n");
2225     } else {
2226       EClass = lookupResult.first->second;
2227       if (isa<ConstantExpression>(E))
2228         assert((isa<Constant>(EClass->getLeader()) ||
2229                 (EClass->getStoredValue() &&
2230                  isa<Constant>(EClass->getStoredValue()))) &&
2231                "Any class with a constant expression should have a "
2232                "constant leader");
2233
2234       assert(EClass && "Somehow don't have an eclass");
2235
2236       assert(!EClass->isDead() && "We accidentally looked up a dead class");
2237     }
2238   }
2239   bool ClassChanged = IClass != EClass;
2240   bool LeaderChanged = LeaderChanges.erase(I);
2241   if (ClassChanged || LeaderChanged) {
2242     DEBUG(dbgs() << "New class " << EClass->getID() << " for expression " << *E
2243                  << "\n");
2244     if (ClassChanged) {
2245       moveValueToNewCongruenceClass(I, E, IClass, EClass);
2246       markPhiOfOpsChanged(HE);
2247     }
2248
2249     markUsersTouched(I);
2250     if (MemoryAccess *MA = getMemoryAccess(I))
2251       markMemoryUsersTouched(MA);
2252     if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2253       markPredicateUsersTouched(CI);
2254   }
2255   // If we changed the class of the store, we want to ensure nothing finds the
2256   // old store expression.  In particular, loads do not compare against stored
2257   // value, so they will find old store expressions (and associated class
2258   // mappings) if we leave them in the table.
2259   if (ClassChanged && isa<StoreInst>(I)) {
2260     auto *OldE = ValueToExpression.lookup(I);
2261     // It could just be that the old class died. We don't want to erase it if we
2262     // just moved classes.
2263     if (OldE && isa<StoreExpression>(OldE) && *E != *OldE)
2264       ExpressionToClass.erase(OldE);
2265   }
2266   ValueToExpression[I] = E;
2267 }
2268
2269 // Process the fact that Edge (from, to) is reachable, including marking
2270 // any newly reachable blocks and instructions for processing.
2271 void NewGVN::updateReachableEdge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) {
2272   // Check if the Edge was reachable before.
2273   if (ReachableEdges.insert({From, To}).second) {
2274     // If this block wasn't reachable before, all instructions are touched.
2275     if (ReachableBlocks.insert(To).second) {
2276       DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(To) << " marked reachable\n");
2277       const auto &InstRange = BlockInstRange.lookup(To);
2278       TouchedInstructions.set(InstRange.first, InstRange.second);
2279     } else {
2280       DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(To)
2281                    << " was reachable, but new edge {" << getBlockName(From)
2282                    << "," << getBlockName(To) << "} to it found\n");
2283
2284       // We've made an edge reachable to an existing block, which may
2285       // impact predicates. Otherwise, only mark the phi nodes as touched, as
2286       // they are the only thing that depend on new edges. Anything using their
2287       // values will get propagated to if necessary.
2288       if (MemoryAccess *MemPhi = getMemoryAccess(To))
2289         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(MemPhi));
2290
2291       auto BI = To->begin();
2292       while (isa<PHINode>(BI)) {
2293         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(&*BI));
2294         ++BI;
2295       }
2296       for_each_found(PHIOfOpsPHIs, To, [&](const PHINode *I) {
2297         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(I));
2298       });
2299     }
2300   }
2301 }
2302
2303 // Given a predicate condition (from a switch, cmp, or whatever) and a block,
2304 // see if we know some constant value for it already.
2305 Value *NewGVN::findConditionEquivalence(Value *Cond) const {
2306   auto Result = lookupOperandLeader(Cond);
2307   if (isa<Constant>(Result))
2308     return Result;
2309   return nullptr;
2310 }
2311
2312 // Process the outgoing edges of a block for reachability.
2313 void NewGVN::processOutgoingEdges(TerminatorInst *TI, BasicBlock *B) {
2314   // Evaluate reachability of terminator instruction.
2315   BranchInst *BR;
2316   if ((BR = dyn_cast<BranchInst>(TI)) && BR->isConditional()) {
2317     Value *Cond = BR->getCondition();
2318     Value *CondEvaluated = findConditionEquivalence(Cond);
2319     if (!CondEvaluated) {
2320       if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2321         const Expression *E = createExpression(I);
2322         if (const auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E)) {
2323           CondEvaluated = CE->getConstantValue();
2324         }
2325       } else if (isa<ConstantInt>(Cond)) {
2326         CondEvaluated = Cond;
2327       }
2328     }
2329     ConstantInt *CI;
2330     BasicBlock *TrueSucc = BR->getSuccessor(0);
2331     BasicBlock *FalseSucc = BR->getSuccessor(1);
2332     if (CondEvaluated && (CI = dyn_cast<ConstantInt>(CondEvaluated))) {
2333       if (CI->isOne()) {
2334         DEBUG(dbgs() << "Condition for Terminator " << *TI
2335                      << " evaluated to true\n");
2336         updateReachableEdge(B, TrueSucc);
2337       } else if (CI->isZero()) {
2338         DEBUG(dbgs() << "Condition for Terminator " << *TI
2339                      << " evaluated to false\n");
2340         updateReachableEdge(B, FalseSucc);
2341       }
2342     } else {
2343       updateReachableEdge(B, TrueSucc);
2344       updateReachableEdge(B, FalseSucc);
2345     }
2346   } else if (auto *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2347     // For switches, propagate the case values into the case
2348     // destinations.
2349
2350     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2351     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2352
2353     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2354     Value *CondEvaluated = findConditionEquivalence(SwitchCond);
2355     // See if we were able to turn this switch statement into a constant.
2356     if (CondEvaluated && isa<ConstantInt>(CondEvaluated)) {
2357       auto *CondVal = cast<ConstantInt>(CondEvaluated);
2358       // We should be able to get case value for this.
2359       auto Case = *SI->findCaseValue(CondVal);
2360       if (Case.getCaseSuccessor() == SI->getDefaultDest()) {
2361         // We proved the value is outside of the range of the case.
2362         // We can't do anything other than mark the default dest as reachable,
2363         // and go home.
2364         updateReachableEdge(B, SI->getDefaultDest());
2365         return;
2366       }
2367       // Now get where it goes and mark it reachable.
2368       BasicBlock *TargetBlock = Case.getCaseSuccessor();
2369       updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2370     } else {
2371       for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2372         BasicBlock *TargetBlock = SI->getSuccessor(i);
2373         ++SwitchEdges[TargetBlock];
2374         updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2375       }
2376     }
2377   } else {
2378     // Otherwise this is either unconditional, or a type we have no
2379     // idea about. Just mark successors as reachable.
2380     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2381       BasicBlock *TargetBlock = TI->getSuccessor(i);
2382       updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2383     }
2384
2385     // This also may be a memory defining terminator, in which case, set it
2386     // equivalent only to itself.
2387     //
2388     auto *MA = getMemoryAccess(TI);
2389     if (MA && !isa<MemoryUse>(MA)) {
2390       auto *CC = ensureLeaderOfMemoryClass(MA);
2391       if (setMemoryClass(MA, CC))
2392         markMemoryUsersTouched(MA);
2393     }
2394   }
2395 }
2396
2397 void NewGVN::addPhiOfOps(PHINode *Op, BasicBlock *BB,
2398                          Instruction *ExistingValue) {
2399   InstrDFS[Op] = InstrToDFSNum(ExistingValue);
2400   AllTempInstructions.insert(Op);
2401   PHIOfOpsPHIs[BB].push_back(Op);
2402   TempToBlock[Op] = BB;
2403   if (ExistingValue)
2404     RealToTemp[ExistingValue] = Op;
2405 }
2406
2407 static bool okayForPHIOfOps(const Instruction *I) {
2408   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<SelectInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2409          isa<LoadInst>(I);
2410 }
2411
2412 // When we see an instruction that is an op of phis, generate the equivalent phi
2413 // of ops form.
2414 const Expression *
2415 NewGVN::makePossiblePhiOfOps(Instruction *I, bool HasBackedge,
2416                              SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) {
2417   if (!okayForPHIOfOps(I))
2418     return nullptr;
2419
2420   if (!Visited.insert(I).second)
2421     return nullptr;
2422   // For now, we require the instruction be cycle free because we don't
2423   // *always* create a phi of ops for instructions that could be done as phi
2424   // of ops, we only do it if we think it is useful.  If we did do it all the
2425   // time, we could remove the cycle free check.
2426   if (!isCycleFree(I))
2427     return nullptr;
2428
2429   unsigned IDFSNum = InstrToDFSNum(I);
2430   // Pretty much all of the instructions we can convert to phi of ops over a
2431   // backedge that are adds, are really induction variables, and those are
2432   // pretty much pointless to convert.  This is very coarse-grained for a
2433   // test, so if we do find some value, we can change it later.
2434   // But otherwise, what can happen is we convert the induction variable from
2435   //
2436   // i = phi (0, tmp)
2437   // tmp = i + 1
2438   //
2439   // to
2440   // i = phi (0, tmpphi)
2441   // tmpphi = phi(1, tmpphi+1)
2442   //
2443   // Which we don't want to happen.  We could just avoid this for all non-cycle
2444   // free phis, and we made go that route.
2445   if (HasBackedge && I->getOpcode() == Instruction::Add)
2446     return nullptr;
2447
2448   SmallPtrSet<const Value *, 8> ProcessedPHIs;
2449   // TODO: We don't do phi translation on memory accesses because it's
2450   // complicated. For a load, we'd need to be able to simulate a new memoryuse,
2451   // which we don't have a good way of doing ATM.
2452   auto *MemAccess = getMemoryAccess(I);
2453   // If the memory operation is defined by a memory operation this block that
2454   // isn't a MemoryPhi, transforming the pointer backwards through a scalar phi
2455   // can't help, as it would still be killed by that memory operation.
2456   if (MemAccess && !isa<MemoryPhi>(MemAccess->getDefiningAccess()) &&
2457       MemAccess->getDefiningAccess()->getBlock() == I->getParent())
2458     return nullptr;
2459
2460   // Convert op of phis to phi of ops
2461   for (auto &Op : I->operands()) {
2462     if (!isa<PHINode>(Op))
2463       continue;
2464     auto *OpPHI = cast<PHINode>(Op);
2465     // No point in doing this for one-operand phis.
2466     if (OpPHI->getNumOperands() == 1)
2467       continue;
2468     if (!DebugCounter::shouldExecute(PHIOfOpsCounter))
2469       return nullptr;
2470     SmallVector<std::pair<Value *, BasicBlock *>, 4> Ops;
2471     auto *PHIBlock = getBlockForValue(OpPHI);
2472     for (auto PredBB : OpPHI->blocks()) {
2473       Value *FoundVal = nullptr;
2474       // We could just skip unreachable edges entirely but it's tricky to do
2475       // with rewriting existing phi nodes.
2476       if (ReachableEdges.count({PredBB, PHIBlock})) {
2477         // Clone the instruction, create an expression from it, and see if we
2478         // have a leader.
2479         Instruction *ValueOp = I->clone();
2480         auto Iter = TempToMemory.end();
2481         if (MemAccess)
2482           Iter = TempToMemory.insert({ValueOp, MemAccess}).first;
2483
2484         for (auto &Op : ValueOp->operands()) {
2485           Op = Op->DoPHITranslation(PHIBlock, PredBB);
2486           // When this operand changes, it could change whether there is a
2487           // leader for us or not.
2488           addAdditionalUsers(Op, I);
2489         }
2490         // Make sure it's marked as a temporary instruction.
2491         AllTempInstructions.insert(ValueOp);
2492         // and make sure anything that tries to add it's DFS number is
2493         // redirected to the instruction we are making a phi of ops
2494         // for.
2495         InstrDFS.insert({ValueOp, IDFSNum});
2496         const Expression *E = performSymbolicEvaluation(ValueOp, Visited);
2497         InstrDFS.erase(ValueOp);
2498         AllTempInstructions.erase(ValueOp);
2499         ValueOp->deleteValue();
2500         if (MemAccess)
2501           TempToMemory.erase(Iter);
2502         if (!E)
2503           return nullptr;
2504         FoundVal = findPhiOfOpsLeader(E, PredBB);
2505         if (!FoundVal) {
2506           ExpressionToPhiOfOps[E].insert(I);
2507           return nullptr;
2508         }
2509         if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(FoundVal))
2510           FoundVal = SI->getValueOperand();
2511       } else {
2512         DEBUG(dbgs() << "Skipping phi of ops operand for incoming block "
2513                      << getBlockName(PredBB)
2514                      << " because the block is unreachable\n");
2515         FoundVal = UndefValue::get(I->getType());
2516       }
2517
2518       Ops.push_back({FoundVal, PredBB});
2519       DEBUG(dbgs() << "Found phi of ops operand " << *FoundVal << " in "
2520                    << getBlockName(PredBB) << "\n");
2521     }
2522     auto *ValuePHI = RealToTemp.lookup(I);
2523     bool NewPHI = false;
2524     if (!ValuePHI) {
2525       ValuePHI = PHINode::Create(I->getType(), OpPHI->getNumOperands());
2526       addPhiOfOps(ValuePHI, PHIBlock, I);
2527       NewPHI = true;
2528       NumGVNPHIOfOpsCreated++;
2529     }
2530     if (NewPHI) {
2531       for (auto PHIOp : Ops)
2532         ValuePHI->addIncoming(PHIOp.first, PHIOp.second);
2533     } else {
2534       unsigned int i = 0;
2535       for (auto PHIOp : Ops) {
2536         ValuePHI->setIncomingValue(i, PHIOp.first);
2537         ValuePHI->setIncomingBlock(i, PHIOp.second);
2538         ++i;
2539       }
2540     }
2541
2542     DEBUG(dbgs() << "Created phi of ops " << *ValuePHI << " for " << *I
2543                  << "\n");
2544     return performSymbolicEvaluation(ValuePHI, Visited);
2545   }
2546   return nullptr;
2547 }
2548
2549 // The algorithm initially places the values of the routine in the TOP
2550 // congruence class. The leader of TOP is the undetermined value `undef`.
2551 // When the algorithm has finished, values still in TOP are unreachable.
2552 void NewGVN::initializeCongruenceClasses(Function &F) {
2553   NextCongruenceNum = 0;
2554
2555   // Note that even though we use the live on entry def as a representative
2556   // MemoryAccess, it is *not* the same as the actual live on entry def. We
2557   // have no real equivalemnt to undef for MemoryAccesses, and so we really
2558   // should be checking whether the MemoryAccess is top if we want to know if it
2559   // is equivalent to everything.  Otherwise, what this really signifies is that
2560   // the access "it reaches all the way back to the beginning of the function"
2561
2562   // Initialize all other instructions to be in TOP class.
2563   TOPClass = createCongruenceClass(nullptr, nullptr);
2564   TOPClass->setMemoryLeader(MSSA->getLiveOnEntryDef());
2565   //  The live on entry def gets put into it's own class
2566   MemoryAccessToClass[MSSA->getLiveOnEntryDef()] =
2567       createMemoryClass(MSSA->getLiveOnEntryDef());
2568
2569   for (auto DTN : nodes(DT)) {
2570     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
2571     // All MemoryAccesses are equivalent to live on entry to start. They must
2572     // be initialized to something so that initial changes are noticed. For
2573     // the maximal answer, we initialize them all to be the same as
2574     // liveOnEntry.
2575     auto *MemoryBlockDefs = MSSA->getBlockDefs(BB);
2576     if (MemoryBlockDefs)
2577       for (const auto &Def : *MemoryBlockDefs) {
2578         MemoryAccessToClass[&Def] = TOPClass;
2579         auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(&Def);
2580         // Insert the memory phis into the member list.
2581         if (!MD) {
2582           const MemoryPhi *MP = cast<MemoryPhi>(&Def);
2583           TOPClass->memory_insert(MP);
2584           MemoryPhiState.insert({MP, MPS_TOP});
2585         }
2586
2587         if (MD && isa<StoreInst>(MD->getMemoryInst()))
2588           TOPClass->incStoreCount();
2589       }
2590     for (auto &I : *BB) {
2591       // TODO: Move to helper
2592       if (isa<PHINode>(&I))
2593         for (auto *U : I.users())
2594           if (auto *UInst = dyn_cast<Instruction>(U))
2595             if (InstrToDFSNum(UInst) != 0 && okayForPHIOfOps(UInst))
2596               PHINodeUses.insert(UInst);
2597       // Don't insert void terminators into the class. We don't value number
2598       // them, and they just end up sitting in TOP.
2599       if (isa<TerminatorInst>(I) && I.getType()->isVoidTy())
2600         continue;
2601       TOPClass->insert(&I);
2602       ValueToClass[&I] = TOPClass;
2603     }
2604   }
2605
2606   // Initialize arguments to be in their own unique congruence classes
2607   for (auto &FA : F.args())
2608     createSingletonCongruenceClass(&FA);
2609 }
2610
2611 void NewGVN::cleanupTables() {
2612   for (unsigned i = 0, e = CongruenceClasses.size(); i != e; ++i) {
2613     DEBUG(dbgs() << "Congruence class " << CongruenceClasses[i]->getID()
2614                  << " has " << CongruenceClasses[i]->size() << " members\n");
2615     // Make sure we delete the congruence class (probably worth switching to
2616     // a unique_ptr at some point.
2617     delete CongruenceClasses[i];
2618     CongruenceClasses[i] = nullptr;
2619   }
2620
2621   // Destroy the value expressions
2622   SmallVector<Instruction *, 8> TempInst(AllTempInstructions.begin(),
2623                                          AllTempInstructions.end());
2624   AllTempInstructions.clear();
2625
2626   // We have to drop all references for everything first, so there are no uses
2627   // left as we delete them.
2628   for (auto *I : TempInst) {
2629     I->dropAllReferences();
2630   }
2631
2632   while (!TempInst.empty()) {
2633     auto *I = TempInst.back();
2634     TempInst.pop_back();
2635     I->deleteValue();
2636   }
2637
2638   ValueToClass.clear();
2639   ArgRecycler.clear(ExpressionAllocator);
2640   ExpressionAllocator.Reset();
2641   CongruenceClasses.clear();
2642   ExpressionToClass.clear();
2643   ValueToExpression.clear();
2644   RealToTemp.clear();
2645   AdditionalUsers.clear();
2646   ExpressionToPhiOfOps.clear();
2647   TempToBlock.clear();
2648   TempToMemory.clear();
2649   PHIOfOpsPHIs.clear();
2650   ReachableBlocks.clear();
2651   ReachableEdges.clear();
2652 #ifndef NDEBUG
2653   ProcessedCount.clear();
2654 #endif
2655   InstrDFS.clear();
2656   InstructionsToErase.clear();
2657   DFSToInstr.clear();
2658   BlockInstRange.clear();
2659   TouchedInstructions.clear();
2660   MemoryAccessToClass.clear();
2661   PredicateToUsers.clear();
2662   MemoryToUsers.clear();
2663 }
2664
2665 // Assign local DFS number mapping to instructions, and leave space for Value
2666 // PHI's.
2667 std::pair<unsigned, unsigned> NewGVN::assignDFSNumbers(BasicBlock *B,
2668                                                        unsigned Start) {
2669   unsigned End = Start;
2670   if (MemoryAccess *MemPhi = getMemoryAccess(B)) {
2671     InstrDFS[MemPhi] = End++;
2672     DFSToInstr.emplace_back(MemPhi);
2673   }
2674
2675   // Then the real block goes next.
2676   for (auto &I : *B) {
2677     // There's no need to call isInstructionTriviallyDead more than once on
2678     // an instruction. Therefore, once we know that an instruction is dead
2679     // we change its DFS number so that it doesn't get value numbered.
2680     if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
2681       InstrDFS[&I] = 0;
2682       DEBUG(dbgs() << "Skipping trivially dead instruction " << I << "\n");
2683       markInstructionForDeletion(&I);
2684       continue;
2685     }
2686     InstrDFS[&I] = End++;
2687     DFSToInstr.emplace_back(&I);
2688   }
2689
2690   // All of the range functions taken half-open ranges (open on the end side).
2691   // So we do not subtract one from count, because at this point it is one
2692   // greater than the last instruction.
2693   return std::make_pair(Start, End);
2694 }
2695
2696 void NewGVN::updateProcessedCount(const Value *V) {
2697 #ifndef NDEBUG
2698   if (ProcessedCount.count(V) == 0) {
2699     ProcessedCount.insert({V, 1});
2700   } else {
2701     ++ProcessedCount[V];
2702     assert(ProcessedCount[V] < 100 &&
2703            "Seem to have processed the same Value a lot");
2704   }
2705 #endif
2706 }
2707 // Evaluate MemoryPhi nodes symbolically, just like PHI nodes
2708 void NewGVN::valueNumberMemoryPhi(MemoryPhi *MP) {
2709   // If all the arguments are the same, the MemoryPhi has the same value as the
2710   // argument.  Filter out unreachable blocks and self phis from our operands.
2711   // TODO: We could do cycle-checking on the memory phis to allow valueizing for
2712   // self-phi checking.
2713   const BasicBlock *PHIBlock = MP->getBlock();
2714   auto Filtered = make_filter_range(MP->operands(), [&](const Use &U) {
2715     return cast<MemoryAccess>(U) != MP &&
2716            !isMemoryAccessTOP(cast<MemoryAccess>(U)) &&
2717            ReachableEdges.count({MP->getIncomingBlock(U), PHIBlock});
2718   });
2719   // If all that is left is nothing, our memoryphi is undef. We keep it as
2720   // InitialClass.  Note: The only case this should happen is if we have at
2721   // least one self-argument.
2722   if (Filtered.begin() == Filtered.end()) {
2723     if (setMemoryClass(MP, TOPClass))
2724       markMemoryUsersTouched(MP);
2725     return;
2726   }
2727
2728   // Transform the remaining operands into operand leaders.
2729   // FIXME: mapped_iterator should have a range version.
2730   auto LookupFunc = [&](const Use &U) {
2731     return lookupMemoryLeader(cast<MemoryAccess>(U));
2732   };
2733   auto MappedBegin = map_iterator(Filtered.begin(), LookupFunc);
2734   auto MappedEnd = map_iterator(Filtered.end(), LookupFunc);
2735
2736   // and now check if all the elements are equal.
2737   // Sadly, we can't use std::equals since these are random access iterators.
2738   const auto *AllSameValue = *MappedBegin;
2739   ++MappedBegin;
2740   bool AllEqual = std::all_of(
2741       MappedBegin, MappedEnd,
2742       [&AllSameValue](const MemoryAccess *V) { return V == AllSameValue; });
2743
2744   if (AllEqual)
2745     DEBUG(dbgs() << "Memory Phi value numbered to " << *AllSameValue << "\n");
2746   else
2747     DEBUG(dbgs() << "Memory Phi value numbered to itself\n");
2748   // If it's equal to something, it's in that class. Otherwise, it has to be in
2749   // a class where it is the leader (other things may be equivalent to it, but
2750   // it needs to start off in its own class, which means it must have been the
2751   // leader, and it can't have stopped being the leader because it was never
2752   // removed).
2753   CongruenceClass *CC =
2754       AllEqual ? getMemoryClass(AllSameValue) : ensureLeaderOfMemoryClass(MP);
2755   auto OldState = MemoryPhiState.lookup(MP);
2756   assert(OldState != MPS_Invalid && "Invalid memory phi state");
2757   auto NewState = AllEqual ? MPS_Equivalent : MPS_Unique;
2758   MemoryPhiState[MP] = NewState;
2759   if (setMemoryClass(MP, CC) || OldState != NewState)
2760     markMemoryUsersTouched(MP);
2761 }
2762
2763 // Value number a single instruction, symbolically evaluating, performing
2764 // congruence finding, and updating mappings.
2765 void NewGVN::valueNumberInstruction(Instruction *I) {
2766   DEBUG(dbgs() << "Processing instruction " << *I << "\n");
2767   if (!I->isTerminator()) {
2768     const Expression *Symbolized = nullptr;
2769     SmallPtrSet<Value *, 2> Visited;
2770     if (DebugCounter::shouldExecute(VNCounter)) {
2771       Symbolized = performSymbolicEvaluation(I, Visited);
2772       // Make a phi of ops if necessary
2773       if (Symbolized && !isa<ConstantExpression>(Symbolized) &&
2774           !isa<VariableExpression>(Symbolized) && PHINodeUses.count(I)) {
2775         // FIXME: Backedge argument
2776         auto *PHIE = makePossiblePhiOfOps(I, false, Visited);
2777         if (PHIE)
2778           Symbolized = PHIE;
2779       }
2780
2781     } else {
2782       // Mark the instruction as unused so we don't value number it again.
2783       InstrDFS[I] = 0;
2784     }
2785     // If we couldn't come up with a symbolic expression, use the unknown
2786     // expression
2787     if (Symbolized == nullptr)
2788       Symbolized = createUnknownExpression(I);
2789     performCongruenceFinding(I, Symbolized);
2790   } else {
2791     // Handle terminators that return values. All of them produce values we
2792     // don't currently understand.  We don't place non-value producing
2793     // terminators in a class.
2794     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
2795       auto *Symbolized = createUnknownExpression(I);
2796       performCongruenceFinding(I, Symbolized);
2797     }
2798     processOutgoingEdges(dyn_cast<TerminatorInst>(I), I->getParent());
2799   }
2800 }
2801
2802 // Check if there is a path, using single or equal argument phi nodes, from
2803 // First to Second.
2804 bool NewGVN::singleReachablePHIPath(
2805     SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> &Visited, const MemoryAccess *First,
2806     const MemoryAccess *Second) const {
2807   if (First == Second)
2808     return true;
2809   if (MSSA->isLiveOnEntryDef(First))
2810     return false;
2811
2812   // This is not perfect, but as we're just verifying here, we can live with
2813   // the loss of precision. The real solution would be that of doing strongly
2814   // connected component finding in this routine, and it's probably not worth
2815   // the complexity for the time being. So, we just keep a set of visited
2816   // MemoryAccess and return true when we hit a cycle.
2817   if (Visited.count(First))
2818     return true;
2819   Visited.insert(First);
2820
2821   const auto *EndDef = First;
2822   for (auto *ChainDef : optimized_def_chain(First)) {
2823     if (ChainDef == Second)
2824       return true;
2825     if (MSSA->isLiveOnEntryDef(ChainDef))
2826       return false;
2827     EndDef = ChainDef;
2828   }
2829   auto *MP = cast<MemoryPhi>(EndDef);
2830   auto ReachableOperandPred = [&](const Use &U) {
2831     return ReachableEdges.count({MP->getIncomingBlock(U), MP->getBlock()});
2832   };
2833   auto FilteredPhiArgs =
2834       make_filter_range(MP->operands(), ReachableOperandPred);
2835   SmallVector<const Value *, 32> OperandList;
2836   std::copy(FilteredPhiArgs.begin(), FilteredPhiArgs.end(),
2837             std::back_inserter(OperandList));
2838   bool Okay = OperandList.size() == 1;
2839   if (!Okay)
2840     Okay =
2841         std::equal(OperandList.begin(), OperandList.end(), OperandList.begin());
2842   if (Okay)
2843     return singleReachablePHIPath(Visited, cast<MemoryAccess>(OperandList[0]),
2844                                   Second);
2845   return false;
2846 }
2847
2848 // Verify the that the memory equivalence table makes sense relative to the
2849 // congruence classes.  Note that this checking is not perfect, and is currently
2850 // subject to very rare false negatives. It is only useful for
2851 // testing/debugging.
2852 void NewGVN::verifyMemoryCongruency() const {
2853 #ifndef NDEBUG
2854   // Verify that the memory table equivalence and memory member set match
2855   for (const auto *CC : CongruenceClasses) {
2856     if (CC == TOPClass || CC->isDead())
2857       continue;
2858     if (CC->getStoreCount() != 0) {
2859       assert((CC->getStoredValue() || !isa<StoreInst>(CC->getLeader())) &&
2860              "Any class with a store as a leader should have a "
2861              "representative stored value");
2862       assert(CC->getMemoryLeader() &&
2863              "Any congruence class with a store should have a "
2864              "representative access");
2865     }
2866
2867     if (CC->getMemoryLeader())
2868       assert(MemoryAccessToClass.lookup(CC->getMemoryLeader()) == CC &&
2869              "Representative MemoryAccess does not appear to be reverse "
2870              "mapped properly");
2871     for (auto M : CC->memory())
2872       assert(MemoryAccessToClass.lookup(M) == CC &&
2873              "Memory member does not appear to be reverse mapped properly");
2874   }
2875
2876   // Anything equivalent in the MemoryAccess table should be in the same
2877   // congruence class.
2878
2879   // Filter out the unreachable and trivially dead entries, because they may
2880   // never have been updated if the instructions were not processed.
2881   auto ReachableAccessPred =
2882       [&](const std::pair<const MemoryAccess *, CongruenceClass *> Pair) {
2883         bool Result = ReachableBlocks.count(Pair.first->getBlock());
2884         if (!Result || MSSA->isLiveOnEntryDef(Pair.first) ||
2885             MemoryToDFSNum(Pair.first) == 0)
2886           return false;
2887         if (auto *MemDef = dyn_cast<MemoryDef>(Pair.first))
2888           return !isInstructionTriviallyDead(MemDef->getMemoryInst());
2889
2890         // We could have phi nodes which operands are all trivially dead,
2891         // so we don't process them.
2892         if (auto *MemPHI = dyn_cast<MemoryPhi>(Pair.first)) {
2893           for (auto &U : MemPHI->incoming_values()) {
2894             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
2895               if (!isInstructionTriviallyDead(I))
2896                 return true;
2897             }
2898           }
2899           return false;
2900         }
2901
2902         return true;
2903       };
2904
2905   auto Filtered = make_filter_range(MemoryAccessToClass, ReachableAccessPred);
2906   for (auto KV : Filtered) {
2907     if (auto *FirstMUD = dyn_cast<MemoryUseOrDef>(KV.first)) {
2908       auto *SecondMUD = dyn_cast<MemoryUseOrDef>(KV.second->getMemoryLeader());
2909       if (FirstMUD && SecondMUD) {
2910         SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> VisitedMAS;
2911         assert((singleReachablePHIPath(VisitedMAS, FirstMUD, SecondMUD) ||
2912                 ValueToClass.lookup(FirstMUD->getMemoryInst()) ==
2913                     ValueToClass.lookup(SecondMUD->getMemoryInst())) &&
2914                "The instructions for these memory operations should have "
2915                "been in the same congruence class or reachable through"
2916                "a single argument phi");
2917       }
2918     } else if (auto *FirstMP = dyn_cast<MemoryPhi>(KV.first)) {
2919       // We can only sanely verify that MemoryDefs in the operand list all have
2920       // the same class.
2921       auto ReachableOperandPred = [&](const Use &U) {
2922         return ReachableEdges.count(
2923                    {FirstMP->getIncomingBlock(U), FirstMP->getBlock()}) &&
2924                isa<MemoryDef>(U);
2925
2926       };
2927       // All arguments should in the same class, ignoring unreachable arguments
2928       auto FilteredPhiArgs =
2929           make_filter_range(FirstMP->operands(), ReachableOperandPred);
2930       SmallVector<const CongruenceClass *, 16> PhiOpClasses;
2931       std::transform(FilteredPhiArgs.begin(), FilteredPhiArgs.end(),
2932                      std::back_inserter(PhiOpClasses), [&](const Use &U) {
2933                        const MemoryDef *MD = cast<MemoryDef>(U);
2934                        return ValueToClass.lookup(MD->getMemoryInst());
2935                      });
2936       assert(std::equal(PhiOpClasses.begin(), PhiOpClasses.end(),
2937                         PhiOpClasses.begin()) &&
2938              "All MemoryPhi arguments should be in the same class");
2939     }
2940   }
2941 #endif
2942 }
2943
2944 // Verify that the sparse propagation we did actually found the maximal fixpoint
2945 // We do this by storing the value to class mapping, touching all instructions,
2946 // and redoing the iteration to see if anything changed.
2947 void NewGVN::verifyIterationSettled(Function &F) {
2948 #ifndef NDEBUG
2949   DEBUG(dbgs() << "Beginning iteration verification\n");
2950   if (DebugCounter::isCounterSet(VNCounter))
2951     DebugCounter::setCounterValue(VNCounter, StartingVNCounter);
2952
2953   // Note that we have to store the actual classes, as we may change existing
2954   // classes during iteration.  This is because our memory iteration propagation
2955   // is not perfect, and so may waste a little work.  But it should generate
2956   // exactly the same congruence classes we have now, with different IDs.
2957   std::map<const Value *, CongruenceClass> BeforeIteration;
2958
2959   for (auto &KV : ValueToClass) {
2960     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(KV.first))
2961       // Skip unused/dead instructions.
2962       if (InstrToDFSNum(I) == 0)
2963         continue;
2964     BeforeIteration.insert({KV.first, *KV.second});
2965   }
2966
2967   TouchedInstructions.set();
2968   TouchedInstructions.reset(0);
2969   iterateTouchedInstructions();
2970   DenseSet<std::pair<const CongruenceClass *, const CongruenceClass *>>
2971       EqualClasses;
2972   for (const auto &KV : ValueToClass) {
2973     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(KV.first))
2974       // Skip unused/dead instructions.
2975       if (InstrToDFSNum(I) == 0)
2976         continue;
2977     // We could sink these uses, but i think this adds a bit of clarity here as
2978     // to what we are comparing.
2979     auto *BeforeCC = &BeforeIteration.find(KV.first)->second;
2980     auto *AfterCC = KV.second;
2981     // Note that the classes can't change at this point, so we memoize the set
2982     // that are equal.
2983     if (!EqualClasses.count({BeforeCC, AfterCC})) {
2984       assert(BeforeCC->isEquivalentTo(AfterCC) &&
2985              "Value number changed after main loop completed!");
2986       EqualClasses.insert({BeforeCC, AfterCC});
2987     }
2988   }
2989 #endif
2990 }
2991
2992 // Verify that for each store expression in the expression to class mapping,
2993 // only the latest appears, and multiple ones do not appear.
2994 // Because loads do not use the stored value when doing equality with stores,
2995 // if we don't erase the old store expressions from the table, a load can find
2996 // a no-longer valid StoreExpression.
2997 void NewGVN::verifyStoreExpressions() const {
2998 #ifndef NDEBUG
2999   DenseSet<std::pair<const Value *, const Value *>> StoreExpressionSet;
3000   for (const auto &KV : ExpressionToClass) {
3001     if (auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(KV.first)) {
3002       // Make sure a version that will conflict with loads is not already there
3003       auto Res =
3004           StoreExpressionSet.insert({SE->getOperand(0), SE->getMemoryLeader()});
3005       assert(Res.second &&
3006              "Stored expression conflict exists in expression table");
3007       auto *ValueExpr = ValueToExpression.lookup(SE->getStoreInst());
3008       assert(ValueExpr && ValueExpr->equals(*SE) &&
3009              "StoreExpression in ExpressionToClass is not latest "
3010              "StoreExpression for value");
3011     }
3012   }
3013 #endif
3014 }
3015
3016 // This is the main value numbering loop, it iterates over the initial touched
3017 // instruction set, propagating value numbers, marking things touched, etc,
3018 // until the set of touched instructions is completely empty.
3019 void NewGVN::iterateTouchedInstructions() {
3020   unsigned int Iterations = 0;
3021   // Figure out where touchedinstructions starts
3022   int FirstInstr = TouchedInstructions.find_first();
3023   // Nothing set, nothing to iterate, just return.
3024   if (FirstInstr == -1)
3025     return;
3026   const BasicBlock *LastBlock = getBlockForValue(InstrFromDFSNum(FirstInstr));
3027   while (TouchedInstructions.any()) {
3028     ++Iterations;
3029     // Walk through all the instructions in all the blocks in RPO.
3030     // TODO: As we hit a new block, we should push and pop equalities into a
3031     // table lookupOperandLeader can use, to catch things PredicateInfo
3032     // might miss, like edge-only equivalences.
3033     for (unsigned InstrNum : TouchedInstructions.set_bits()) {
3034
3035       // This instruction was found to be dead. We don't bother looking
3036       // at it again.
3037       if (InstrNum == 0) {
3038         TouchedInstructions.reset(InstrNum);
3039         continue;
3040       }
3041
3042       Value *V = InstrFromDFSNum(InstrNum);
3043       const BasicBlock *CurrBlock = getBlockForValue(V);
3044
3045       // If we hit a new block, do reachability processing.
3046       if (CurrBlock != LastBlock) {
3047         LastBlock = CurrBlock;
3048         bool BlockReachable = ReachableBlocks.count(CurrBlock);
3049         const auto &CurrInstRange = BlockInstRange.lookup(CurrBlock);
3050
3051         // If it's not reachable, erase any touched instructions and move on.
3052         if (!BlockReachable) {
3053           TouchedInstructions.reset(CurrInstRange.first, CurrInstRange.second);
3054           DEBUG(dbgs() << "Skipping instructions in block "
3055                        << getBlockName(CurrBlock)
3056                        << " because it is unreachable\n");
3057           continue;
3058         }
3059         updateProcessedCount(CurrBlock);
3060       }
3061
3062       if (auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(V)) {
3063         DEBUG(dbgs() << "Processing MemoryPhi " << *MP << "\n");
3064         valueNumberMemoryPhi(MP);
3065       } else if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3066         valueNumberInstruction(I);
3067       } else {
3068         llvm_unreachable("Should have been a MemoryPhi or Instruction");
3069       }
3070       updateProcessedCount(V);
3071       // Reset after processing (because we may mark ourselves as touched when
3072       // we propagate equalities).
3073       TouchedInstructions.reset(InstrNum);
3074     }
3075   }
3076   NumGVNMaxIterations = std::max(NumGVNMaxIterations.getValue(), Iterations);
3077 }
3078
3079 // This is the main transformation entry point.
3080 bool NewGVN::runGVN() {
3081   if (DebugCounter::isCounterSet(VNCounter))
3082     StartingVNCounter = DebugCounter::getCounterValue(VNCounter);
3083   bool Changed = false;
3084   NumFuncArgs = F.arg_size();
3085   MSSAWalker = MSSA->getWalker();
3086   SingletonDeadExpression = new (ExpressionAllocator) DeadExpression();
3087
3088   // Count number of instructions for sizing of hash tables, and come
3089   // up with a global dfs numbering for instructions.
3090   unsigned ICount = 1;
3091   // Add an empty instruction to account for the fact that we start at 1
3092   DFSToInstr.emplace_back(nullptr);
3093   // Note: We want ideal RPO traversal of the blocks, which is not quite the
3094   // same as dominator tree order, particularly with regard whether backedges
3095   // get visited first or second, given a block with multiple successors.
3096   // If we visit in the wrong order, we will end up performing N times as many
3097   // iterations.
3098   // The dominator tree does guarantee that, for a given dom tree node, it's
3099   // parent must occur before it in the RPO ordering. Thus, we only need to sort
3100   // the siblings.
3101   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
3102   unsigned Counter = 0;
3103   for (auto &B : RPOT) {
3104     auto *Node = DT->getNode(B);
3105     assert(Node && "RPO and Dominator tree should have same reachability");
3106     RPOOrdering[Node] = ++Counter;
3107   }
3108   // Sort dominator tree children arrays into RPO.
3109   for (auto &B : RPOT) {
3110     auto *Node = DT->getNode(B);
3111     if (Node->getChildren().size() > 1)
3112       std::sort(Node->begin(), Node->end(),
3113                 [&](const DomTreeNode *A, const DomTreeNode *B) {
3114                   return RPOOrdering[A] < RPOOrdering[B];
3115                 });
3116   }
3117
3118   // Now a standard depth first ordering of the domtree is equivalent to RPO.
3119   for (auto DTN : depth_first(DT->getRootNode())) {
3120     BasicBlock *B = DTN->getBlock();
3121     const auto &BlockRange = assignDFSNumbers(B, ICount);
3122     BlockInstRange.insert({B, BlockRange});
3123     ICount += BlockRange.second - BlockRange.first;
3124   }
3125   initializeCongruenceClasses(F);
3126
3127   TouchedInstructions.resize(ICount);
3128   // Ensure we don't end up resizing the expressionToClass map, as
3129   // that can be quite expensive. At most, we have one expression per
3130   // instruction.
3131   ExpressionToClass.reserve(ICount);
3132
3133   // Initialize the touched instructions to include the entry block.
3134   const auto &InstRange = BlockInstRange.lookup(&F.getEntryBlock());
3135   TouchedInstructions.set(InstRange.first, InstRange.second);
3136   DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(&F.getEntryBlock())
3137                << " marked reachable\n");
3138   ReachableBlocks.insert(&F.getEntryBlock());
3139
3140   iterateTouchedInstructions();
3141   verifyMemoryCongruency();
3142   verifyIterationSettled(F);
3143   verifyStoreExpressions();
3144
3145   Changed |= eliminateInstructions(F);
3146
3147   // Delete all instructions marked for deletion.
3148   for (Instruction *ToErase : InstructionsToErase) {
3149     if (!ToErase->use_empty())
3150       ToErase->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(ToErase->getType()));
3151
3152     if (ToErase->getParent())
3153       ToErase->eraseFromParent();
3154   }
3155
3156   // Delete all unreachable blocks.
3157   auto UnreachableBlockPred = [&](const BasicBlock &BB) {
3158     return !ReachableBlocks.count(&BB);
3159   };
3160
3161   for (auto &BB : make_filter_range(F, UnreachableBlockPred)) {
3162     DEBUG(dbgs() << "We believe block " << getBlockName(&BB)
3163                  << " is unreachable\n");
3164     deleteInstructionsInBlock(&BB);
3165     Changed = true;
3166   }
3167
3168   cleanupTables();
3169   return Changed;
3170 }
3171
3172 struct NewGVN::ValueDFS {
3173   int DFSIn = 0;
3174   int DFSOut = 0;
3175   int LocalNum = 0;
3176   // Only one of Def and U will be set.
3177   // The bool in the Def tells us whether the Def is the stored value of a
3178   // store.
3179   PointerIntPair<Value *, 1, bool> Def;
3180   Use *U = nullptr;
3181   bool operator<(const ValueDFS &Other) const {
3182     // It's not enough that any given field be less than - we have sets
3183     // of fields that need to be evaluated together to give a proper ordering.
3184     // For example, if you have;
3185     // DFS (1, 3)
3186     // Val 0
3187     // DFS (1, 2)
3188     // Val 50
3189     // We want the second to be less than the first, but if we just go field
3190     // by field, we will get to Val 0 < Val 50 and say the first is less than
3191     // the second. We only want it to be less than if the DFS orders are equal.
3192     //
3193     // Each LLVM instruction only produces one value, and thus the lowest-level
3194     // differentiator that really matters for the stack (and what we use as as a
3195     // replacement) is the local dfs number.
3196     // Everything else in the structure is instruction level, and only affects
3197     // the order in which we will replace operands of a given instruction.
3198     //
3199     // For a given instruction (IE things with equal dfsin, dfsout, localnum),
3200     // the order of replacement of uses does not matter.
3201     // IE given,
3202     //  a = 5
3203     //  b = a + a
3204     // When you hit b, you will have two valuedfs with the same dfsin, out, and
3205     // localnum.
3206     // The .val will be the same as well.
3207     // The .u's will be different.
3208     // You will replace both, and it does not matter what order you replace them
3209     // in (IE whether you replace operand 2, then operand 1, or operand 1, then
3210     // operand 2).
3211     // Similarly for the case of same dfsin, dfsout, localnum, but different
3212     // .val's
3213     //  a = 5
3214     //  b  = 6
3215     //  c = a + b
3216     // in c, we will a valuedfs for a, and one for b,with everything the same
3217     // but .val  and .u.
3218     // It does not matter what order we replace these operands in.
3219     // You will always end up with the same IR, and this is guaranteed.
3220     return std::tie(DFSIn, DFSOut, LocalNum, Def, U) <
3221            std::tie(Other.DFSIn, Other.DFSOut, Other.LocalNum, Other.Def,
3222                     Other.U);
3223   }
3224 };
3225
3226 // This function converts the set of members for a congruence class from values,
3227 // to sets of defs and uses with associated DFS info.  The total number of
3228 // reachable uses for each value is stored in UseCount, and instructions that
3229 // seem
3230 // dead (have no non-dead uses) are stored in ProbablyDead.
3231 void NewGVN::convertClassToDFSOrdered(
3232     const CongruenceClass &Dense, SmallVectorImpl<ValueDFS> &DFSOrderedSet,
3233     DenseMap<const Value *, unsigned int> &UseCounts,
3234     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ProbablyDead) const {
3235   for (auto D : Dense) {
3236     // First add the value.
3237     BasicBlock *BB = getBlockForValue(D);
3238     // Constants are handled prior to ever calling this function, so
3239     // we should only be left with instructions as members.
3240     assert(BB && "Should have figured out a basic block for value");
3241     ValueDFS VDDef;
3242     DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
3243     VDDef.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3244     VDDef.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3245     // If it's a store, use the leader of the value operand, if it's always
3246     // available, or the value operand.  TODO: We could do dominance checks to
3247     // find a dominating leader, but not worth it ATM.
3248     if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(D)) {
3249       auto Leader = lookupOperandLeader(SI->getValueOperand());
3250       if (alwaysAvailable(Leader)) {
3251         VDDef.Def.setPointer(Leader);
3252       } else {
3253         VDDef.Def.setPointer(SI->getValueOperand());
3254         VDDef.Def.setInt(true);
3255       }
3256     } else {
3257       VDDef.Def.setPointer(D);
3258     }
3259     assert(isa<Instruction>(D) &&
3260            "The dense set member should always be an instruction");
3261     Instruction *Def = cast<Instruction>(D);
3262     VDDef.LocalNum = InstrToDFSNum(D);
3263     DFSOrderedSet.push_back(VDDef);
3264     // If there is a phi node equivalent, add it
3265     if (auto *PN = RealToTemp.lookup(Def)) {
3266       auto *PHIE =
3267           dyn_cast_or_null<PHIExpression>(ValueToExpression.lookup(Def));
3268       if (PHIE) {
3269         VDDef.Def.setInt(false);
3270         VDDef.Def.setPointer(PN);
3271         VDDef.LocalNum = 0;
3272         DFSOrderedSet.push_back(VDDef);
3273       }
3274     }
3275
3276     unsigned int UseCount = 0;
3277     // Now add the uses.
3278     for (auto &U : Def->uses()) {
3279       if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(U.getUser())) {
3280         // Don't try to replace into dead uses
3281         if (InstructionsToErase.count(I))
3282           continue;
3283         ValueDFS VDUse;
3284         // Put the phi node uses in the incoming block.
3285         BasicBlock *IBlock;
3286         if (auto *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3287           IBlock = P->getIncomingBlock(U);
3288           // Make phi node users appear last in the incoming block
3289           // they are from.
3290           VDUse.LocalNum = InstrDFS.size() + 1;
3291         } else {
3292           IBlock = getBlockForValue(I);
3293           VDUse.LocalNum = InstrToDFSNum(I);
3294         }
3295
3296         // Skip uses in unreachable blocks, as we're going
3297         // to delete them.
3298         if (ReachableBlocks.count(IBlock) == 0)
3299           continue;
3300
3301         DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(IBlock);
3302         VDUse.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3303         VDUse.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3304         VDUse.U = &U;
3305         ++UseCount;
3306         DFSOrderedSet.emplace_back(VDUse);
3307       }
3308     }
3309
3310     // If there are no uses, it's probably dead (but it may have side-effects,
3311     // so not definitely dead. Otherwise, store the number of uses so we can
3312     // track if it becomes dead later).
3313     if (UseCount == 0)
3314       ProbablyDead.insert(Def);
3315     else
3316       UseCounts[Def] = UseCount;
3317   }
3318 }
3319
3320 // This function converts the set of members for a congruence class from values,
3321 // to the set of defs for loads and stores, with associated DFS info.
3322 void NewGVN::convertClassToLoadsAndStores(
3323     const CongruenceClass &Dense,
3324     SmallVectorImpl<ValueDFS> &LoadsAndStores) const {
3325   for (auto D : Dense) {
3326     if (!isa<LoadInst>(D) && !isa<StoreInst>(D))
3327       continue;
3328
3329     BasicBlock *BB = getBlockForValue(D);
3330     ValueDFS VD;
3331     DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
3332     VD.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3333     VD.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3334     VD.Def.setPointer(D);
3335
3336     // If it's an instruction, use the real local dfs number.
3337     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(D))
3338       VD.LocalNum = InstrToDFSNum(I);
3339     else
3340       llvm_unreachable("Should have been an instruction");
3341
3342     LoadsAndStores.emplace_back(VD);
3343   }
3344 }
3345
3346 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
3347   auto *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl);
3348   if (!ReplInst)
3349     return;
3350
3351   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
3352   // being replaced.
3353   // Note that if 'I' is a load being replaced by some operation,
3354   // for example, by an arithmetic operation, then andIRFlags()
3355   // would just erase all math flags from the original arithmetic
3356   // operation, which is clearly not wanted and not needed.
3357   if (!isa<LoadInst>(I))
3358     ReplInst->andIRFlags(I);
3359
3360   // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
3361   // same control-flow region (meaning that the execution of one
3362   // guarantees the execution of the other), then we can combine the
3363   // noalias scopes here and do better than the general conservative
3364   // answer used in combineMetadata().
3365
3366   // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
3367   // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
3368   // scopes.
3369   static const unsigned KnownIDs[] = {
3370       LLVMContext::MD_tbaa,           LLVMContext::MD_alias_scope,
3371       LLVMContext::MD_noalias,        LLVMContext::MD_range,
3372       LLVMContext::MD_fpmath,         LLVMContext::MD_invariant_load,
3373       LLVMContext::MD_invariant_group};
3374   combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
3375 }
3376
3377 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
3378   patchReplacementInstruction(I, Repl);
3379   I->replaceAllUsesWith(Repl);
3380 }
3381
3382 void NewGVN::deleteInstructionsInBlock(BasicBlock *BB) {
3383   DEBUG(dbgs() << "  BasicBlock Dead:" << *BB);
3384   ++NumGVNBlocksDeleted;
3385
3386   // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of having
3387   // to update as many def-use and use-def chains. Start after the terminator.
3388   auto StartPoint = BB->rbegin();
3389   ++StartPoint;
3390   // Note that we explicitly recalculate BB->rend() on each iteration,
3391   // as it may change when we remove the first instruction.
3392   for (BasicBlock::reverse_iterator I(StartPoint); I != BB->rend();) {
3393     Instruction &Inst = *I++;
3394     if (!Inst.use_empty())
3395       Inst.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst.getType()));
3396     if (isa<LandingPadInst>(Inst))
3397       continue;
3398
3399     Inst.eraseFromParent();
3400     ++NumGVNInstrDeleted;
3401   }
3402   // Now insert something that simplifycfg will turn into an unreachable.
3403   Type *Int8Ty = Type::getInt8Ty(BB->getContext());
3404   new StoreInst(UndefValue::get(Int8Ty),
3405                 Constant::getNullValue(Int8Ty->getPointerTo()),
3406                 BB->getTerminator());
3407 }
3408
3409 void NewGVN::markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
3410   DEBUG(dbgs() << "Marking " << *I << " for deletion\n");
3411   InstructionsToErase.insert(I);
3412 }
3413
3414 void NewGVN::replaceInstruction(Instruction *I, Value *V) {
3415
3416   DEBUG(dbgs() << "Replacing " << *I << " with " << *V << "\n");
3417   patchAndReplaceAllUsesWith(I, V);
3418   // We save the actual erasing to avoid invalidating memory
3419   // dependencies until we are done with everything.
3420   markInstructionForDeletion(I);
3421 }
3422
3423 namespace {
3424
3425 // This is a stack that contains both the value and dfs info of where
3426 // that value is valid.
3427 class ValueDFSStack {
3428 public:
3429   Value *back() const { return ValueStack.back(); }
3430   std::pair<int, int> dfs_back() const { return DFSStack.back(); }
3431
3432   void push_back(Value *V, int DFSIn, int DFSOut) {
3433     ValueStack.emplace_back(V);
3434     DFSStack.emplace_back(DFSIn, DFSOut);
3435   }
3436   bool empty() const { return DFSStack.empty(); }
3437   bool isInScope(int DFSIn, int DFSOut) const {
3438     if (empty())
3439       return false;
3440     return DFSIn >= DFSStack.back().first && DFSOut <= DFSStack.back().second;
3441   }
3442
3443   void popUntilDFSScope(int DFSIn, int DFSOut) {
3444
3445     // These two should always be in sync at this point.
3446     assert(ValueStack.size() == DFSStack.size() &&
3447            "Mismatch between ValueStack and DFSStack");
3448     while (
3449         !DFSStack.empty() &&
3450         !(DFSIn >= DFSStack.back().first && DFSOut <= DFSStack.back().second)) {
3451       DFSStack.pop_back();
3452       ValueStack.pop_back();
3453     }
3454   }
3455
3456 private:
3457   SmallVector<Value *, 8> ValueStack;
3458   SmallVector<std::pair<int, int>, 8> DFSStack;
3459 };
3460 }
3461
3462 // Given a value and a basic block we are trying to see if it is available in,
3463 // see if the value has a leader available in that block.
3464 Value *NewGVN::findPhiOfOpsLeader(const Expression *E,
3465                                   const BasicBlock *BB) const {
3466   // It would already be constant if we could make it constant
3467   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E))
3468     return CE->getConstantValue();
3469   if (auto *VE = dyn_cast<VariableExpression>(E))
3470     return VE->getVariableValue();
3471
3472   auto *CC = ExpressionToClass.lookup(E);
3473   if (!CC)
3474     return nullptr;
3475   if (alwaysAvailable(CC->getLeader()))
3476     return CC->getLeader();
3477
3478   for (auto Member : *CC) {
3479     auto *MemberInst = dyn_cast<Instruction>(Member);
3480     // Anything that isn't an instruction is always available.
3481     if (!MemberInst)
3482       return Member;
3483     // If we are looking for something in the same block as the member, it must
3484     // be a leader because this function is looking for operands for a phi node.
3485     if (MemberInst->getParent() == BB ||
3486         DT->dominates(MemberInst->getParent(), BB)) {
3487       return Member;
3488     }
3489   }
3490   return nullptr;
3491 }
3492
3493 bool NewGVN::eliminateInstructions(Function &F) {
3494   // This is a non-standard eliminator. The normal way to eliminate is
3495   // to walk the dominator tree in order, keeping track of available
3496   // values, and eliminating them.  However, this is mildly
3497   // pointless. It requires doing lookups on every instruction,
3498   // regardless of whether we will ever eliminate it.  For
3499   // instructions part of most singleton congruence classes, we know we
3500   // will never eliminate them.
3501
3502   // Instead, this eliminator looks at the congruence classes directly, sorts
3503   // them into a DFS ordering of the dominator tree, and then we just
3504   // perform elimination straight on the sets by walking the congruence
3505   // class member uses in order, and eliminate the ones dominated by the
3506   // last member.   This is worst case O(E log E) where E = number of
3507   // instructions in a single congruence class.  In theory, this is all
3508   // instructions.   In practice, it is much faster, as most instructions are
3509   // either in singleton congruence classes or can't possibly be eliminated
3510   // anyway (if there are no overlapping DFS ranges in class).
3511   // When we find something not dominated, it becomes the new leader
3512   // for elimination purposes.
3513   // TODO: If we wanted to be faster, We could remove any members with no
3514   // overlapping ranges while sorting, as we will never eliminate anything
3515   // with those members, as they don't dominate anything else in our set.
3516
3517   bool AnythingReplaced = false;
3518
3519   // Since we are going to walk the domtree anyway, and we can't guarantee the
3520   // DFS numbers are updated, we compute some ourselves.
3521   DT->updateDFSNumbers();
3522
3523   // Go through all of our phi nodes, and kill the arguments associated with
3524   // unreachable edges.
3525   auto ReplaceUnreachablePHIArgs = [&](PHINode &PHI, BasicBlock *BB) {
3526     for (auto &Operand : PHI.incoming_values())
3527       if (!ReachableEdges.count({PHI.getIncomingBlock(Operand), BB})) {
3528         DEBUG(dbgs() << "Replacing incoming value of " << PHI << " for block "
3529                      << getBlockName(PHI.getIncomingBlock(Operand))
3530                      << " with undef due to it being unreachable\n");
3531         Operand.set(UndefValue::get(PHI.getType()));
3532       }
3533   };
3534   SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> BlocksWithPhis;
3535   for (auto &B : F)
3536     if ((!B.empty() && isa<PHINode>(*B.begin())) ||
3537         (PHIOfOpsPHIs.find(&B) != PHIOfOpsPHIs.end()))
3538       BlocksWithPhis.insert(&B);
3539   DenseMap<const BasicBlock *, unsigned> ReachablePredCount;
3540   for (auto KV : ReachableEdges)
3541     ReachablePredCount[KV.getEnd()]++;
3542   for (auto *BB : BlocksWithPhis)
3543     // TODO: It would be faster to use getNumIncomingBlocks() on a phi node in
3544     // the block and subtract the pred count, but it's more complicated.
3545     if (ReachablePredCount.lookup(BB) !=
3546         std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB))) {
3547       for (auto II = BB->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
3548         auto &PHI = cast<PHINode>(*II);
3549         ReplaceUnreachablePHIArgs(PHI, BB);
3550       }
3551       for_each_found(PHIOfOpsPHIs, BB, [&](PHINode *PHI) {
3552         ReplaceUnreachablePHIArgs(*PHI, BB);
3553       });
3554     }
3555
3556   // Map to store the use counts
3557   DenseMap<const Value *, unsigned int> UseCounts;
3558   for (auto *CC : reverse(CongruenceClasses)) {
3559     // Track the equivalent store info so we can decide whether to try
3560     // dead store elimination.
3561     SmallVector<ValueDFS, 8> PossibleDeadStores;
3562     SmallPtrSet<Instruction *, 8> ProbablyDead;
3563     if (CC->isDead() || CC->empty())
3564       continue;
3565     // Everything still in the TOP class is unreachable or dead.
3566     if (CC == TOPClass) {
3567       for (auto M : *CC) {
3568         auto *VTE = ValueToExpression.lookup(M);
3569         if (VTE && isa<DeadExpression>(VTE))
3570           markInstructionForDeletion(cast<Instruction>(M));
3571         assert((!ReachableBlocks.count(cast<Instruction>(M)->getParent()) ||
3572                 InstructionsToErase.count(cast<Instruction>(M))) &&
3573                "Everything in TOP should be unreachable or dead at this "
3574                "point");
3575       }
3576       continue;
3577     }
3578
3579     assert(CC->getLeader() && "We should have had a leader");
3580     // If this is a leader that is always available, and it's a
3581     // constant or has no equivalences, just replace everything with
3582     // it. We then update the congruence class with whatever members
3583     // are left.
3584     Value *Leader =
3585         CC->getStoredValue() ? CC->getStoredValue() : CC->getLeader();
3586     if (alwaysAvailable(Leader)) {
3587       CongruenceClass::MemberSet MembersLeft;
3588       for (auto M : *CC) {
3589         Value *Member = M;
3590         // Void things have no uses we can replace.
3591         if (Member == Leader || !isa<Instruction>(Member) ||
3592             Member->getType()->isVoidTy()) {
3593           MembersLeft.insert(Member);
3594           continue;
3595         }
3596         DEBUG(dbgs() << "Found replacement " << *(Leader) << " for " << *Member
3597                      << "\n");
3598         auto *I = cast<Instruction>(Member);
3599         assert(Leader != I && "About to accidentally remove our leader");
3600         replaceInstruction(I, Leader);
3601         AnythingReplaced = true;
3602       }
3603       CC->swap(MembersLeft);
3604     } else {
3605       DEBUG(dbgs() << "Eliminating in congruence class " << CC->getID()
3606                    << "\n");
3607       // If this is a singleton, we can skip it.
3608       if (CC->size() != 1 || RealToTemp.lookup(Leader)) {
3609         // This is a stack because equality replacement/etc may place
3610         // constants in the middle of the member list, and we want to use
3611         // those constant values in preference to the current leader, over
3612         // the scope of those constants.
3613         ValueDFSStack EliminationStack;
3614
3615         // Convert the members to DFS ordered sets and then merge them.
3616         SmallVector<ValueDFS, 8> DFSOrderedSet;
3617         convertClassToDFSOrdered(*CC, DFSOrderedSet, UseCounts, ProbablyDead);
3618
3619         // Sort the whole thing.
3620         std::sort(DFSOrderedSet.begin(), DFSOrderedSet.end());
3621         for (auto &VD : DFSOrderedSet) {
3622           int MemberDFSIn = VD.DFSIn;
3623           int MemberDFSOut = VD.DFSOut;
3624           Value *Def = VD.Def.getPointer();
3625           bool FromStore = VD.Def.getInt();
3626           Use *U = VD.U;
3627           // We ignore void things because we can't get a value from them.
3628           if (Def && Def->getType()->isVoidTy())
3629             continue;
3630           auto *DefInst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Def);
3631           if (DefInst && AllTempInstructions.count(DefInst)) {
3632             auto *PN = cast<PHINode>(DefInst);
3633
3634             // If this is a value phi and that's the expression we used, insert
3635             // it into the program
3636             // remove from temp instruction list.
3637             AllTempInstructions.erase(PN);
3638             auto *DefBlock = getBlockForValue(Def);
3639             DEBUG(dbgs() << "Inserting fully real phi of ops" << *Def
3640                          << " into block "
3641                          << getBlockName(getBlockForValue(Def)) << "\n");
3642             PN->insertBefore(&DefBlock->front());
3643             Def = PN;
3644             NumGVNPHIOfOpsEliminations++;
3645           }
3646
3647           if (EliminationStack.empty()) {
3648             DEBUG(dbgs() << "Elimination Stack is empty\n");
3649           } else {
3650             DEBUG(dbgs() << "Elimination Stack Top DFS numbers are ("
3651                          << EliminationStack.dfs_back().first << ","
3652                          << EliminationStack.dfs_back().second << ")\n");
3653           }
3654
3655           DEBUG(dbgs() << "Current DFS numbers are (" << MemberDFSIn << ","
3656                        << MemberDFSOut << ")\n");
3657           // First, we see if we are out of scope or empty.  If so,
3658           // and there equivalences, we try to replace the top of
3659           // stack with equivalences (if it's on the stack, it must
3660           // not have been eliminated yet).
3661           // Then we synchronize to our current scope, by
3662           // popping until we are back within a DFS scope that
3663           // dominates the current member.
3664           // Then, what happens depends on a few factors
3665           // If the stack is now empty, we need to push
3666           // If we have a constant or a local equivalence we want to
3667           // start using, we also push.
3668           // Otherwise, we walk along, processing members who are
3669           // dominated by this scope, and eliminate them.
3670           bool ShouldPush = Def && EliminationStack.empty();
3671           bool OutOfScope =
3672               !EliminationStack.isInScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3673
3674           if (OutOfScope || ShouldPush) {
3675             // Sync to our current scope.
3676             EliminationStack.popUntilDFSScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3677             bool ShouldPush = Def && EliminationStack.empty();
3678             if (ShouldPush) {
3679               EliminationStack.push_back(Def, MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3680             }
3681           }
3682
3683           // Skip the Def's, we only want to eliminate on their uses.  But mark
3684           // dominated defs as dead.
3685           if (Def) {
3686             // For anything in this case, what and how we value number
3687             // guarantees that any side-effets that would have occurred (ie
3688             // throwing, etc) can be proven to either still occur (because it's
3689             // dominated by something that has the same side-effects), or never
3690             // occur.  Otherwise, we would not have been able to prove it value
3691             // equivalent to something else. For these things, we can just mark
3692             // it all dead.  Note that this is different from the "ProbablyDead"
3693             // set, which may not be dominated by anything, and thus, are only
3694             // easy to prove dead if they are also side-effect free. Note that
3695             // because stores are put in terms of the stored value, we skip
3696             // stored values here. If the stored value is really dead, it will
3697             // still be marked for deletion when we process it in its own class.
3698             if (!EliminationStack.empty() && Def != EliminationStack.back() &&
3699                 isa<Instruction>(Def) && !FromStore)
3700               markInstructionForDeletion(cast<Instruction>(Def));
3701             continue;
3702           }
3703           // At this point, we know it is a Use we are trying to possibly
3704           // replace.
3705
3706           assert(isa<Instruction>(U->get()) &&
3707                  "Current def should have been an instruction");
3708           assert(isa<Instruction>(U->getUser()) &&
3709                  "Current user should have been an instruction");
3710
3711           // If the thing we are replacing into is already marked to be dead,
3712           // this use is dead.  Note that this is true regardless of whether
3713           // we have anything dominating the use or not.  We do this here
3714           // because we are already walking all the uses anyway.
3715           Instruction *InstUse = cast<Instruction>(U->getUser());
3716           if (InstructionsToErase.count(InstUse)) {
3717             auto &UseCount = UseCounts[U->get()];
3718             if (--UseCount == 0) {
3719               ProbablyDead.insert(cast<Instruction>(U->get()));
3720             }
3721           }
3722
3723           // If we get to this point, and the stack is empty we must have a use
3724           // with nothing we can use to eliminate this use, so just skip it.
3725           if (EliminationStack.empty())
3726             continue;
3727
3728           Value *DominatingLeader = EliminationStack.back();
3729
3730           auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DominatingLeader);
3731           if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ssa_copy)
3732             DominatingLeader = II->getOperand(0);
3733
3734           // Don't replace our existing users with ourselves.
3735           if (U->get() == DominatingLeader)
3736             continue;
3737           DEBUG(dbgs() << "Found replacement " << *DominatingLeader << " for "
3738                        << *U->get() << " in " << *(U->getUser()) << "\n");
3739
3740           // If we replaced something in an instruction, handle the patching of
3741           // metadata.  Skip this if we are replacing predicateinfo with its
3742           // original operand, as we already know we can just drop it.
3743           auto *ReplacedInst = cast<Instruction>(U->get());
3744           auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(ReplacedInst);
3745           if (!PI || DominatingLeader != PI->OriginalOp)
3746             patchReplacementInstruction(ReplacedInst, DominatingLeader);
3747           U->set(DominatingLeader);
3748           // This is now a use of the dominating leader, which means if the
3749           // dominating leader was dead, it's now live!
3750           auto &LeaderUseCount = UseCounts[DominatingLeader];
3751           // It's about to be alive again.
3752           if (LeaderUseCount == 0 && isa<Instruction>(DominatingLeader))
3753             ProbablyDead.erase(cast<Instruction>(DominatingLeader));
3754           if (LeaderUseCount == 0 && II)
3755             ProbablyDead.insert(II);
3756           ++LeaderUseCount;
3757           AnythingReplaced = true;
3758         }
3759       }
3760     }
3761
3762     // At this point, anything still in the ProbablyDead set is actually dead if
3763     // would be trivially dead.
3764     for (auto *I : ProbablyDead)
3765       if (wouldInstructionBeTriviallyDead(I))
3766         markInstructionForDeletion(I);
3767
3768     // Cleanup the congruence class.
3769     CongruenceClass::MemberSet MembersLeft;
3770     for (auto *Member : *CC)
3771       if (!isa<Instruction>(Member) ||
3772           !InstructionsToErase.count(cast<Instruction>(Member)))
3773         MembersLeft.insert(Member);
3774     CC->swap(MembersLeft);
3775
3776     // If we have possible dead stores to look at, try to eliminate them.
3777     if (CC->getStoreCount() > 0) {
3778       convertClassToLoadsAndStores(*CC, PossibleDeadStores);
3779       std::sort(PossibleDeadStores.begin(), PossibleDeadStores.end());
3780       ValueDFSStack EliminationStack;
3781       for (auto &VD : PossibleDeadStores) {
3782         int MemberDFSIn = VD.DFSIn;
3783         int MemberDFSOut = VD.DFSOut;
3784         Instruction *Member = cast<Instruction>(VD.Def.getPointer());
3785         if (EliminationStack.empty() ||
3786             !EliminationStack.isInScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut)) {
3787           // Sync to our current scope.
3788           EliminationStack.popUntilDFSScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3789           if (EliminationStack.empty()) {
3790             EliminationStack.push_back(Member, MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3791             continue;
3792           }
3793         }
3794         // We already did load elimination, so nothing to do here.
3795         if (isa<LoadInst>(Member))
3796           continue;
3797         assert(!EliminationStack.empty());
3798         Instruction *Leader = cast<Instruction>(EliminationStack.back());
3799         (void)Leader;
3800         assert(DT->dominates(Leader->getParent(), Member->getParent()));
3801         // Member is dominater by Leader, and thus dead
3802         DEBUG(dbgs() << "Marking dead store " << *Member
3803                      << " that is dominated by " << *Leader << "\n");
3804         markInstructionForDeletion(Member);
3805         CC->erase(Member);
3806         ++NumGVNDeadStores;
3807       }
3808     }
3809   }
3810   return AnythingReplaced;
3811 }
3812
3813 // This function provides global ranking of operations so that we can place them
3814 // in a canonical order.  Note that rank alone is not necessarily enough for a
3815 // complete ordering, as constants all have the same rank.  However, generally,
3816 // we will simplify an operation with all constants so that it doesn't matter
3817 // what order they appear in.
3818 unsigned int NewGVN::getRank(const Value *V) const {
3819   // Prefer constants to undef to anything else
3820   // Undef is a constant, have to check it first.
3821   // Prefer smaller constants to constantexprs
3822   if (isa<ConstantExpr>(V))
3823     return 2;
3824   if (isa<UndefValue>(V))
3825     return 1;
3826   if (isa<Constant>(V))
3827     return 0;
3828   else if (auto *A = dyn_cast<Argument>(V))
3829     return 3 + A->getArgNo();
3830
3831   // Need to shift the instruction DFS by number of arguments + 3 to account for
3832   // the constant and argument ranking above.
3833   unsigned Result = InstrToDFSNum(V);
3834   if (Result > 0)
3835     return 4 + NumFuncArgs + Result;
3836   // Unreachable or something else, just return a really large number.
3837   return ~0;
3838 }
3839
3840 // This is a function that says whether two commutative operations should
3841 // have their order swapped when canonicalizing.
3842 bool NewGVN::shouldSwapOperands(const Value *A, const Value *B) const {
3843   // Because we only care about a total ordering, and don't rewrite expressions
3844   // in this order, we order by rank, which will give a strict weak ordering to
3845   // everything but constants, and then we order by pointer address.
3846   return std::make_pair(getRank(A), A) > std::make_pair(getRank(B), B);
3847 }
3848
3849 class NewGVNLegacyPass : public FunctionPass {
3850 public:
3851   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid.
3852   NewGVNLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
3853     initializeNewGVNLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3854   }
3855   bool runOnFunction(Function &F) override;
3856
3857 private:
3858   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
3859     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3860     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3861     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3862     AU.addRequired<MemorySSAWrapperPass>();
3863     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3864     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3865     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3866   }
3867 };
3868
3869 bool NewGVNLegacyPass::runOnFunction(Function &F) {
3870   if (skipFunction(F))
3871     return false;
3872   return NewGVN(F, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
3873                 &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F),
3874                 &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
3875                 &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
3876                 &getAnalysis<MemorySSAWrapperPass>().getMSSA(),
3877                 F.getParent()->getDataLayout())
3878       .runGVN();
3879 }
3880
3881 INITIALIZE_PASS_BEGIN(NewGVNLegacyPass, "newgvn", "Global Value Numbering",
3882                       false, false)
3883 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3884 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemorySSAWrapperPass)
3885 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3886 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3887 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3888 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3889 INITIALIZE_PASS_END(NewGVNLegacyPass, "newgvn", "Global Value Numbering", false,
3890                     false)
3891
3892 char NewGVNLegacyPass::ID = 0;
3893
3894 // createGVNPass - The public interface to this file.
3895 FunctionPass *llvm::createNewGVNPass() { return new NewGVNLegacyPass(); }
3896
3897 PreservedAnalyses NewGVNPass::run(Function &F, AnalysisManager<Function> &AM) {
3898   // Apparently the order in which we get these results matter for
3899   // the old GVN (see Chandler's comment in GVN.cpp). I'll keep
3900   // the same order here, just in case.
3901   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3902   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3903   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3904   auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
3905   auto &MSSA = AM.getResult<MemorySSAAnalysis>(F).getMSSA();
3906   bool Changed =
3907       NewGVN(F, &DT, &AC, &TLI, &AA, &MSSA, F.getParent()->getDataLayout())
3908           .runGVN();
3909   if (!Changed)
3910     return PreservedAnalyses::all();
3911   PreservedAnalyses PA;
3912   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
3913   PA.preserve<GlobalsAA>();
3914   return PA;
3915 }