]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/NewGVN.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r306325, 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 namespace llvm {
381 struct ExactEqualsExpression {
382   const Expression &E;
383   explicit ExactEqualsExpression(const Expression &E) : E(E) {}
384   hash_code getComputedHash() const { return E.getComputedHash(); }
385   bool operator==(const Expression &Other) const {
386     return E.exactlyEquals(Other);
387   }
388 };
389
390 template <> struct DenseMapInfo<const Expression *> {
391   static const Expression *getEmptyKey() {
392     auto Val = static_cast<uintptr_t>(-1);
393     Val <<= PointerLikeTypeTraits<const Expression *>::NumLowBitsAvailable;
394     return reinterpret_cast<const Expression *>(Val);
395   }
396   static const Expression *getTombstoneKey() {
397     auto Val = static_cast<uintptr_t>(~1U);
398     Val <<= PointerLikeTypeTraits<const Expression *>::NumLowBitsAvailable;
399     return reinterpret_cast<const Expression *>(Val);
400   }
401   static unsigned getHashValue(const Expression *E) {
402     return E->getComputedHash();
403   }
404   static unsigned getHashValue(const ExactEqualsExpression &E) {
405     return E.getComputedHash();
406   }
407   static bool isEqual(const ExactEqualsExpression &LHS, const Expression *RHS) {
408     if (RHS == getTombstoneKey() || RHS == getEmptyKey())
409       return false;
410     return LHS == *RHS;
411   }
412
413   static bool isEqual(const Expression *LHS, const Expression *RHS) {
414     if (LHS == RHS)
415       return true;
416     if (LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey() ||
417         LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey())
418       return false;
419     // Compare hashes before equality.  This is *not* what the hashtable does,
420     // since it is computing it modulo the number of buckets, whereas we are
421     // using the full hash keyspace.  Since the hashes are precomputed, this
422     // check is *much* faster than equality.
423     if (LHS->getComputedHash() != RHS->getComputedHash())
424       return false;
425     return *LHS == *RHS;
426   }
427 };
428 } // end namespace llvm
429
430 namespace {
431 class NewGVN {
432   Function &F;
433   DominatorTree *DT;
434   const TargetLibraryInfo *TLI;
435   AliasAnalysis *AA;
436   MemorySSA *MSSA;
437   MemorySSAWalker *MSSAWalker;
438   const DataLayout &DL;
439   std::unique_ptr<PredicateInfo> PredInfo;
440
441   // These are the only two things the create* functions should have
442   // side-effects on due to allocating memory.
443   mutable BumpPtrAllocator ExpressionAllocator;
444   mutable ArrayRecycler<Value *> ArgRecycler;
445   mutable TarjanSCC SCCFinder;
446   const SimplifyQuery SQ;
447
448   // Number of function arguments, used by ranking
449   unsigned int NumFuncArgs;
450
451   // RPOOrdering of basic blocks
452   DenseMap<const DomTreeNode *, unsigned> RPOOrdering;
453
454   // Congruence class info.
455
456   // This class is called INITIAL in the paper. It is the class everything
457   // startsout in, and represents any value. Being an optimistic analysis,
458   // anything in the TOP class has the value TOP, which is indeterminate and
459   // equivalent to everything.
460   CongruenceClass *TOPClass;
461   std::vector<CongruenceClass *> CongruenceClasses;
462   unsigned NextCongruenceNum;
463
464   // Value Mappings.
465   DenseMap<Value *, CongruenceClass *> ValueToClass;
466   DenseMap<Value *, const Expression *> ValueToExpression;
467   // Value PHI handling, used to make equivalence between phi(op, op) and
468   // op(phi, phi).
469   // These mappings just store various data that would normally be part of the
470   // IR.
471   DenseSet<const Instruction *> PHINodeUses;
472   // Map a temporary instruction we created to a parent block.
473   DenseMap<const Value *, BasicBlock *> TempToBlock;
474   // Map between the temporary phis we created and the real instructions they
475   // are known equivalent to.
476   DenseMap<const Value *, PHINode *> RealToTemp;
477   // In order to know when we should re-process instructions that have
478   // phi-of-ops, we track the set of expressions that they needed as
479   // leaders. When we discover new leaders for those expressions, we process the
480   // associated phi-of-op instructions again in case they have changed.  The
481   // other way they may change is if they had leaders, and those leaders
482   // disappear.  However, at the point they have leaders, there are uses of the
483   // relevant operands in the created phi node, and so they will get reprocessed
484   // through the normal user marking we perform.
485   mutable DenseMap<const Value *, SmallPtrSet<Value *, 2>> AdditionalUsers;
486   DenseMap<const Expression *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>>
487       ExpressionToPhiOfOps;
488   // Map from basic block to the temporary operations we created
489   DenseMap<const BasicBlock *, SmallVector<PHINode *, 8>> PHIOfOpsPHIs;
490   // Map from temporary operation to MemoryAccess.
491   DenseMap<const Instruction *, MemoryUseOrDef *> TempToMemory;
492   // Set of all temporary instructions we created.
493   DenseSet<Instruction *> AllTempInstructions;
494
495   // Mapping from predicate info we used to the instructions we used it with.
496   // In order to correctly ensure propagation, we must keep track of what
497   // comparisons we used, so that when the values of the comparisons change, we
498   // propagate the information to the places we used the comparison.
499   mutable DenseMap<const Value *, SmallPtrSet<Instruction *, 2>>
500       PredicateToUsers;
501   // the same reasoning as PredicateToUsers.  When we skip MemoryAccesses for
502   // stores, we no longer can rely solely on the def-use chains of MemorySSA.
503   mutable DenseMap<const MemoryAccess *, SmallPtrSet<MemoryAccess *, 2>>
504       MemoryToUsers;
505
506   // A table storing which memorydefs/phis represent a memory state provably
507   // equivalent to another memory state.
508   // We could use the congruence class machinery, but the MemoryAccess's are
509   // abstract memory states, so they can only ever be equivalent to each other,
510   // and not to constants, etc.
511   DenseMap<const MemoryAccess *, CongruenceClass *> MemoryAccessToClass;
512
513   // We could, if we wanted, build MemoryPhiExpressions and
514   // MemoryVariableExpressions, etc, and value number them the same way we value
515   // number phi expressions.  For the moment, this seems like overkill.  They
516   // can only exist in one of three states: they can be TOP (equal to
517   // everything), Equivalent to something else, or unique.  Because we do not
518   // create expressions for them, we need to simulate leader change not just
519   // when they change class, but when they change state.  Note: We can do the
520   // same thing for phis, and avoid having phi expressions if we wanted, We
521   // should eventually unify in one direction or the other, so this is a little
522   // bit of an experiment in which turns out easier to maintain.
523   enum MemoryPhiState { MPS_Invalid, MPS_TOP, MPS_Equivalent, MPS_Unique };
524   DenseMap<const MemoryPhi *, MemoryPhiState> MemoryPhiState;
525
526   enum InstCycleState { ICS_Unknown, ICS_CycleFree, ICS_Cycle };
527   mutable DenseMap<const Instruction *, InstCycleState> InstCycleState;
528   // Expression to class mapping.
529   using ExpressionClassMap = DenseMap<const Expression *, CongruenceClass *>;
530   ExpressionClassMap ExpressionToClass;
531
532   // We have a single expression that represents currently DeadExpressions.
533   // For dead expressions we can prove will stay dead, we mark them with
534   // DFS number zero.  However, it's possible in the case of phi nodes
535   // for us to assume/prove all arguments are dead during fixpointing.
536   // We use DeadExpression for that case.
537   DeadExpression *SingletonDeadExpression = nullptr;
538
539   // Which values have changed as a result of leader changes.
540   SmallPtrSet<Value *, 8> LeaderChanges;
541
542   // Reachability info.
543   using BlockEdge = BasicBlockEdge;
544   DenseSet<BlockEdge> ReachableEdges;
545   SmallPtrSet<const BasicBlock *, 8> ReachableBlocks;
546
547   // This is a bitvector because, on larger functions, we may have
548   // thousands of touched instructions at once (entire blocks,
549   // instructions with hundreds of uses, etc).  Even with optimization
550   // for when we mark whole blocks as touched, when this was a
551   // SmallPtrSet or DenseSet, for some functions, we spent >20% of all
552   // the time in GVN just managing this list.  The bitvector, on the
553   // other hand, efficiently supports test/set/clear of both
554   // individual and ranges, as well as "find next element" This
555   // enables us to use it as a worklist with essentially 0 cost.
556   BitVector TouchedInstructions;
557
558   DenseMap<const BasicBlock *, std::pair<unsigned, unsigned>> BlockInstRange;
559
560 #ifndef NDEBUG
561   // Debugging for how many times each block and instruction got processed.
562   DenseMap<const Value *, unsigned> ProcessedCount;
563 #endif
564
565   // DFS info.
566   // This contains a mapping from Instructions to DFS numbers.
567   // The numbering starts at 1. An instruction with DFS number zero
568   // means that the instruction is dead.
569   DenseMap<const Value *, unsigned> InstrDFS;
570
571   // This contains the mapping DFS numbers to instructions.
572   SmallVector<Value *, 32> DFSToInstr;
573
574   // Deletion info.
575   SmallPtrSet<Instruction *, 8> InstructionsToErase;
576
577 public:
578   NewGVN(Function &F, DominatorTree *DT, AssumptionCache *AC,
579          TargetLibraryInfo *TLI, AliasAnalysis *AA, MemorySSA *MSSA,
580          const DataLayout &DL)
581       : F(F), DT(DT), TLI(TLI), AA(AA), MSSA(MSSA), DL(DL),
582         PredInfo(make_unique<PredicateInfo>(F, *DT, *AC)), SQ(DL, TLI, DT, AC) {
583   }
584   bool runGVN();
585
586 private:
587   // Expression handling.
588   const Expression *createExpression(Instruction *) const;
589   const Expression *createBinaryExpression(unsigned, Type *, Value *,
590                                            Value *) const;
591   PHIExpression *createPHIExpression(Instruction *, bool &HasBackEdge,
592                                      bool &OriginalOpsConstant) const;
593   const DeadExpression *createDeadExpression() const;
594   const VariableExpression *createVariableExpression(Value *) const;
595   const ConstantExpression *createConstantExpression(Constant *) const;
596   const Expression *createVariableOrConstant(Value *V) const;
597   const UnknownExpression *createUnknownExpression(Instruction *) const;
598   const StoreExpression *createStoreExpression(StoreInst *,
599                                                const MemoryAccess *) const;
600   LoadExpression *createLoadExpression(Type *, Value *, LoadInst *,
601                                        const MemoryAccess *) const;
602   const CallExpression *createCallExpression(CallInst *,
603                                              const MemoryAccess *) const;
604   const AggregateValueExpression *
605   createAggregateValueExpression(Instruction *) const;
606   bool setBasicExpressionInfo(Instruction *, BasicExpression *) const;
607
608   // Congruence class handling.
609   CongruenceClass *createCongruenceClass(Value *Leader, const Expression *E) {
610     auto *result = new CongruenceClass(NextCongruenceNum++, Leader, E);
611     CongruenceClasses.emplace_back(result);
612     return result;
613   }
614
615   CongruenceClass *createMemoryClass(MemoryAccess *MA) {
616     auto *CC = createCongruenceClass(nullptr, nullptr);
617     CC->setMemoryLeader(MA);
618     return CC;
619   }
620   CongruenceClass *ensureLeaderOfMemoryClass(MemoryAccess *MA) {
621     auto *CC = getMemoryClass(MA);
622     if (CC->getMemoryLeader() != MA)
623       CC = createMemoryClass(MA);
624     return CC;
625   }
626
627   CongruenceClass *createSingletonCongruenceClass(Value *Member) {
628     CongruenceClass *CClass = createCongruenceClass(Member, nullptr);
629     CClass->insert(Member);
630     ValueToClass[Member] = CClass;
631     return CClass;
632   }
633   void initializeCongruenceClasses(Function &F);
634   const Expression *makePossiblePhiOfOps(Instruction *,
635                                          SmallPtrSetImpl<Value *> &);
636   void addPhiOfOps(PHINode *Op, BasicBlock *BB, Instruction *ExistingValue);
637
638   // Value number an Instruction or MemoryPhi.
639   void valueNumberMemoryPhi(MemoryPhi *);
640   void valueNumberInstruction(Instruction *);
641
642   // Symbolic evaluation.
643   const Expression *checkSimplificationResults(Expression *, Instruction *,
644                                                Value *) const;
645   const Expression *performSymbolicEvaluation(Value *,
646                                               SmallPtrSetImpl<Value *> &) const;
647   const Expression *performSymbolicLoadCoercion(Type *, Value *, LoadInst *,
648                                                 Instruction *,
649                                                 MemoryAccess *) const;
650   const Expression *performSymbolicLoadEvaluation(Instruction *) const;
651   const Expression *performSymbolicStoreEvaluation(Instruction *) const;
652   const Expression *performSymbolicCallEvaluation(Instruction *) const;
653   const Expression *performSymbolicPHIEvaluation(Instruction *) const;
654   const Expression *performSymbolicAggrValueEvaluation(Instruction *) const;
655   const Expression *performSymbolicCmpEvaluation(Instruction *) const;
656   const Expression *performSymbolicPredicateInfoEvaluation(Instruction *) const;
657
658   // Congruence finding.
659   bool someEquivalentDominates(const Instruction *, const Instruction *) const;
660   Value *lookupOperandLeader(Value *) const;
661   void performCongruenceFinding(Instruction *, const Expression *);
662   void moveValueToNewCongruenceClass(Instruction *, const Expression *,
663                                      CongruenceClass *, CongruenceClass *);
664   void moveMemoryToNewCongruenceClass(Instruction *, MemoryAccess *,
665                                       CongruenceClass *, CongruenceClass *);
666   Value *getNextValueLeader(CongruenceClass *) const;
667   const MemoryAccess *getNextMemoryLeader(CongruenceClass *) const;
668   bool setMemoryClass(const MemoryAccess *From, CongruenceClass *To);
669   CongruenceClass *getMemoryClass(const MemoryAccess *MA) const;
670   const MemoryAccess *lookupMemoryLeader(const MemoryAccess *) const;
671   bool isMemoryAccessTOP(const MemoryAccess *) const;
672
673   // Ranking
674   unsigned int getRank(const Value *) const;
675   bool shouldSwapOperands(const Value *, const Value *) const;
676
677   // Reachability handling.
678   void updateReachableEdge(BasicBlock *, BasicBlock *);
679   void processOutgoingEdges(TerminatorInst *, BasicBlock *);
680   Value *findConditionEquivalence(Value *) const;
681
682   // Elimination.
683   struct ValueDFS;
684   void convertClassToDFSOrdered(const CongruenceClass &,
685                                 SmallVectorImpl<ValueDFS> &,
686                                 DenseMap<const Value *, unsigned int> &,
687                                 SmallPtrSetImpl<Instruction *> &) const;
688   void convertClassToLoadsAndStores(const CongruenceClass &,
689                                     SmallVectorImpl<ValueDFS> &) const;
690
691   bool eliminateInstructions(Function &);
692   void replaceInstruction(Instruction *, Value *);
693   void markInstructionForDeletion(Instruction *);
694   void deleteInstructionsInBlock(BasicBlock *);
695   Value *findPhiOfOpsLeader(const Expression *E, const BasicBlock *BB) const;
696
697   // New instruction creation.
698   void handleNewInstruction(Instruction *){};
699
700   // Various instruction touch utilities
701   template <typename Map, typename KeyType, typename Func>
702   void for_each_found(Map &, const KeyType &, Func);
703   template <typename Map, typename KeyType>
704   void touchAndErase(Map &, const KeyType &);
705   void markUsersTouched(Value *);
706   void markMemoryUsersTouched(const MemoryAccess *);
707   void markMemoryDefTouched(const MemoryAccess *);
708   void markPredicateUsersTouched(Instruction *);
709   void markValueLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC);
710   void markMemoryLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC);
711   void markPhiOfOpsChanged(const Expression *E);
712   void addPredicateUsers(const PredicateBase *, Instruction *) const;
713   void addMemoryUsers(const MemoryAccess *To, MemoryAccess *U) const;
714   void addAdditionalUsers(Value *To, Value *User) const;
715
716   // Main loop of value numbering
717   void iterateTouchedInstructions();
718
719   // Utilities.
720   void cleanupTables();
721   std::pair<unsigned, unsigned> assignDFSNumbers(BasicBlock *, unsigned);
722   void updateProcessedCount(const Value *V);
723   void verifyMemoryCongruency() const;
724   void verifyIterationSettled(Function &F);
725   void verifyStoreExpressions() const;
726   bool singleReachablePHIPath(SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> &,
727                               const MemoryAccess *, const MemoryAccess *) const;
728   BasicBlock *getBlockForValue(Value *V) const;
729   void deleteExpression(const Expression *E) const;
730   MemoryUseOrDef *getMemoryAccess(const Instruction *) const;
731   MemoryAccess *getDefiningAccess(const MemoryAccess *) const;
732   MemoryPhi *getMemoryAccess(const BasicBlock *) const;
733   template <class T, class Range> T *getMinDFSOfRange(const Range &) const;
734   unsigned InstrToDFSNum(const Value *V) const {
735     assert(isa<Instruction>(V) && "This should not be used for MemoryAccesses");
736     return InstrDFS.lookup(V);
737   }
738
739   unsigned InstrToDFSNum(const MemoryAccess *MA) const {
740     return MemoryToDFSNum(MA);
741   }
742   Value *InstrFromDFSNum(unsigned DFSNum) { return DFSToInstr[DFSNum]; }
743   // Given a MemoryAccess, return the relevant instruction DFS number.  Note:
744   // This deliberately takes a value so it can be used with Use's, which will
745   // auto-convert to Value's but not to MemoryAccess's.
746   unsigned MemoryToDFSNum(const Value *MA) const {
747     assert(isa<MemoryAccess>(MA) &&
748            "This should not be used with instructions");
749     return isa<MemoryUseOrDef>(MA)
750                ? InstrToDFSNum(cast<MemoryUseOrDef>(MA)->getMemoryInst())
751                : InstrDFS.lookup(MA);
752   }
753   bool isCycleFree(const Instruction *) const;
754   bool isBackedge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) const;
755   // Debug counter info.  When verifying, we have to reset the value numbering
756   // debug counter to the same state it started in to get the same results.
757   std::pair<int, int> StartingVNCounter;
758 };
759 } // end anonymous namespace
760
761 template <typename T>
762 static bool equalsLoadStoreHelper(const T &LHS, const Expression &RHS) {
763   if (!isa<LoadExpression>(RHS) && !isa<StoreExpression>(RHS))
764     return false;
765   return LHS.MemoryExpression::equals(RHS);
766 }
767
768 bool LoadExpression::equals(const Expression &Other) const {
769   return equalsLoadStoreHelper(*this, Other);
770 }
771
772 bool StoreExpression::equals(const Expression &Other) const {
773   if (!equalsLoadStoreHelper(*this, Other))
774     return false;
775   // Make sure that store vs store includes the value operand.
776   if (const auto *S = dyn_cast<StoreExpression>(&Other))
777     if (getStoredValue() != S->getStoredValue())
778       return false;
779   return true;
780 }
781
782 // Determine if the edge From->To is a backedge
783 bool NewGVN::isBackedge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) const {
784   if (From == To)
785     return true;
786   auto *FromDTN = DT->getNode(From);
787   auto *ToDTN = DT->getNode(To);
788   return RPOOrdering.lookup(FromDTN) >= RPOOrdering.lookup(ToDTN);
789 }
790
791 #ifndef NDEBUG
792 static std::string getBlockName(const BasicBlock *B) {
793   return DOTGraphTraits<const Function *>::getSimpleNodeLabel(B, nullptr);
794 }
795 #endif
796
797 // Get a MemoryAccess for an instruction, fake or real.
798 MemoryUseOrDef *NewGVN::getMemoryAccess(const Instruction *I) const {
799   auto *Result = MSSA->getMemoryAccess(I);
800   return Result ? Result : TempToMemory.lookup(I);
801 }
802
803 // Get a MemoryPhi for a basic block. These are all real.
804 MemoryPhi *NewGVN::getMemoryAccess(const BasicBlock *BB) const {
805   return MSSA->getMemoryAccess(BB);
806 }
807
808 // Get the basic block from an instruction/memory value.
809 BasicBlock *NewGVN::getBlockForValue(Value *V) const {
810   if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
811     auto *Parent = I->getParent();
812     if (Parent)
813       return Parent;
814     Parent = TempToBlock.lookup(V);
815     assert(Parent && "Every fake instruction should have a block");
816     return Parent;
817   }
818
819   auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(V);
820   assert(MP && "Should have been an instruction or a MemoryPhi");
821   return MP->getBlock();
822 }
823
824 // Delete a definitely dead expression, so it can be reused by the expression
825 // allocator.  Some of these are not in creation functions, so we have to accept
826 // const versions.
827 void NewGVN::deleteExpression(const Expression *E) const {
828   assert(isa<BasicExpression>(E));
829   auto *BE = cast<BasicExpression>(E);
830   const_cast<BasicExpression *>(BE)->deallocateOperands(ArgRecycler);
831   ExpressionAllocator.Deallocate(E);
832 }
833 PHIExpression *NewGVN::createPHIExpression(Instruction *I, bool &HasBackedge,
834                                            bool &OriginalOpsConstant) const {
835   BasicBlock *PHIBlock = getBlockForValue(I);
836   auto *PN = cast<PHINode>(I);
837   auto *E =
838       new (ExpressionAllocator) PHIExpression(PN->getNumOperands(), PHIBlock);
839
840   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
841   E->setType(I->getType());
842   E->setOpcode(I->getOpcode());
843
844   // NewGVN assumes the operands of a PHI node are in a consistent order across
845   // PHIs. LLVM doesn't seem to always guarantee this. While we need to fix
846   // this in LLVM at some point we don't want GVN to find wrong congruences.
847   // Therefore, here we sort uses in predecessor order.
848   // We're sorting the values by pointer. In theory this might be cause of
849   // non-determinism, but here we don't rely on the ordering for anything
850   // significant, e.g. we don't create new instructions based on it so we're
851   // fine.
852   SmallVector<const Use *, 4> PHIOperands;
853   for (const Use &U : PN->operands())
854     PHIOperands.push_back(&U);
855   std::sort(PHIOperands.begin(), PHIOperands.end(),
856             [&](const Use *U1, const Use *U2) {
857               return PN->getIncomingBlock(*U1) < PN->getIncomingBlock(*U2);
858             });
859
860   // Filter out unreachable phi operands.
861   auto Filtered = make_filter_range(PHIOperands, [&](const Use *U) {
862     if (*U == PN)
863       return false;
864     if (!ReachableEdges.count({PN->getIncomingBlock(*U), PHIBlock}))
865       return false;
866     // Things in TOPClass are equivalent to everything.
867     if (ValueToClass.lookup(*U) == TOPClass)
868       return false;
869     if (lookupOperandLeader(*U) == PN)
870       return false;
871     return true;
872   });
873   std::transform(Filtered.begin(), Filtered.end(), op_inserter(E),
874                  [&](const Use *U) -> Value * {
875                    auto *BB = PN->getIncomingBlock(*U);
876                    HasBackedge = HasBackedge || isBackedge(BB, PHIBlock);
877                    OriginalOpsConstant =
878                        OriginalOpsConstant && isa<Constant>(*U);
879                    return lookupOperandLeader(*U);
880                  });
881   return E;
882 }
883
884 // Set basic expression info (Arguments, type, opcode) for Expression
885 // E from Instruction I in block B.
886 bool NewGVN::setBasicExpressionInfo(Instruction *I, BasicExpression *E) const {
887   bool AllConstant = true;
888   if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
889     E->setType(GEP->getSourceElementType());
890   else
891     E->setType(I->getType());
892   E->setOpcode(I->getOpcode());
893   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
894
895   // Transform the operand array into an operand leader array, and keep track of
896   // whether all members are constant.
897   std::transform(I->op_begin(), I->op_end(), op_inserter(E), [&](Value *O) {
898     auto Operand = lookupOperandLeader(O);
899     AllConstant = AllConstant && isa<Constant>(Operand);
900     return Operand;
901   });
902
903   return AllConstant;
904 }
905
906 const Expression *NewGVN::createBinaryExpression(unsigned Opcode, Type *T,
907                                                  Value *Arg1,
908                                                  Value *Arg2) const {
909   auto *E = new (ExpressionAllocator) BasicExpression(2);
910
911   E->setType(T);
912   E->setOpcode(Opcode);
913   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
914   if (Instruction::isCommutative(Opcode)) {
915     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
916     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
917     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
918     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
919     if (shouldSwapOperands(Arg1, Arg2))
920       std::swap(Arg1, Arg2);
921   }
922   E->op_push_back(lookupOperandLeader(Arg1));
923   E->op_push_back(lookupOperandLeader(Arg2));
924
925   Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
926   if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, nullptr, V))
927     return SimplifiedE;
928   return E;
929 }
930
931 // Take a Value returned by simplification of Expression E/Instruction
932 // I, and see if it resulted in a simpler expression. If so, return
933 // that expression.
934 // TODO: Once finished, this should not take an Instruction, we only
935 // use it for printing.
936 const Expression *NewGVN::checkSimplificationResults(Expression *E,
937                                                      Instruction *I,
938                                                      Value *V) const {
939   if (!V)
940     return nullptr;
941   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
942     if (I)
943       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
944                    << " constant " << *C << "\n");
945     NumGVNOpsSimplified++;
946     assert(isa<BasicExpression>(E) &&
947            "We should always have had a basic expression here");
948     deleteExpression(E);
949     return createConstantExpression(C);
950   } else if (isa<Argument>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) {
951     if (I)
952       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
953                    << " variable " << *V << "\n");
954     deleteExpression(E);
955     return createVariableExpression(V);
956   }
957
958   CongruenceClass *CC = ValueToClass.lookup(V);
959   if (CC && CC->getDefiningExpr()) {
960     // If we simplified to something else, we need to communicate
961     // that we're users of the value we simplified to.
962     if (I != V) {
963       // Don't add temporary instructions to the user lists.
964       if (!AllTempInstructions.count(I))
965         addAdditionalUsers(V, I);
966     }
967
968     if (I)
969       DEBUG(dbgs() << "Simplified " << *I << " to "
970                    << " expression " << *CC->getDefiningExpr() << "\n");
971     NumGVNOpsSimplified++;
972     deleteExpression(E);
973     return CC->getDefiningExpr();
974   }
975   return nullptr;
976 }
977
978 const Expression *NewGVN::createExpression(Instruction *I) const {
979   auto *E = new (ExpressionAllocator) BasicExpression(I->getNumOperands());
980
981   bool AllConstant = setBasicExpressionInfo(I, E);
982
983   if (I->isCommutative()) {
984     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
985     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
986     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
987     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
988     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
989     if (shouldSwapOperands(E->getOperand(0), E->getOperand(1)))
990       E->swapOperands(0, 1);
991   }
992
993   // Perform simplificaiton
994   // TODO: Right now we only check to see if we get a constant result.
995   // We may get a less than constant, but still better, result for
996   // some operations.
997   // IE
998   //  add 0, x -> x
999   //  and x, x -> x
1000   // We should handle this by simply rewriting the expression.
1001   if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
1002     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value
1003     // number.
1004     CmpInst::Predicate Predicate = CI->getPredicate();
1005     if (shouldSwapOperands(E->getOperand(0), E->getOperand(1))) {
1006       E->swapOperands(0, 1);
1007       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
1008     }
1009     E->setOpcode((CI->getOpcode() << 8) | Predicate);
1010     // TODO: 25% of our time is spent in SimplifyCmpInst with pointer operands
1011     assert(I->getOperand(0)->getType() == I->getOperand(1)->getType() &&
1012            "Wrong types on cmp instruction");
1013     assert((E->getOperand(0)->getType() == I->getOperand(0)->getType() &&
1014             E->getOperand(1)->getType() == I->getOperand(1)->getType()));
1015     Value *V =
1016         SimplifyCmpInst(Predicate, E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
1017     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1018       return SimplifiedE;
1019   } else if (isa<SelectInst>(I)) {
1020     if (isa<Constant>(E->getOperand(0)) ||
1021         E->getOperand(0) == E->getOperand(1)) {
1022       assert(E->getOperand(1)->getType() == I->getOperand(1)->getType() &&
1023              E->getOperand(2)->getType() == I->getOperand(2)->getType());
1024       Value *V = SimplifySelectInst(E->getOperand(0), E->getOperand(1),
1025                                     E->getOperand(2), SQ);
1026       if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1027         return SimplifiedE;
1028     }
1029   } else if (I->isBinaryOp()) {
1030     Value *V =
1031         SimplifyBinOp(E->getOpcode(), E->getOperand(0), E->getOperand(1), SQ);
1032     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1033       return SimplifiedE;
1034   } else if (auto *BI = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
1035     Value *V =
1036         SimplifyCastInst(BI->getOpcode(), BI->getOperand(0), BI->getType(), SQ);
1037     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1038       return SimplifiedE;
1039   } else if (isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1040     Value *V = SimplifyGEPInst(
1041         E->getType(), ArrayRef<Value *>(E->op_begin(), E->op_end()), SQ);
1042     if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1043       return SimplifiedE;
1044   } else if (AllConstant) {
1045     // We don't bother trying to simplify unless all of the operands
1046     // were constant.
1047     // TODO: There are a lot of Simplify*'s we could call here, if we
1048     // wanted to.  The original motivating case for this code was a
1049     // zext i1 false to i8, which we don't have an interface to
1050     // simplify (IE there is no SimplifyZExt).
1051
1052     SmallVector<Constant *, 8> C;
1053     for (Value *Arg : E->operands())
1054       C.emplace_back(cast<Constant>(Arg));
1055
1056     if (Value *V = ConstantFoldInstOperands(I, C, DL, TLI))
1057       if (const Expression *SimplifiedE = checkSimplificationResults(E, I, V))
1058         return SimplifiedE;
1059   }
1060   return E;
1061 }
1062
1063 const AggregateValueExpression *
1064 NewGVN::createAggregateValueExpression(Instruction *I) const {
1065   if (auto *II = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
1066     auto *E = new (ExpressionAllocator)
1067         AggregateValueExpression(I->getNumOperands(), II->getNumIndices());
1068     setBasicExpressionInfo(I, E);
1069     E->allocateIntOperands(ExpressionAllocator);
1070     std::copy(II->idx_begin(), II->idx_end(), int_op_inserter(E));
1071     return E;
1072   } else if (auto *EI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I)) {
1073     auto *E = new (ExpressionAllocator)
1074         AggregateValueExpression(I->getNumOperands(), EI->getNumIndices());
1075     setBasicExpressionInfo(EI, E);
1076     E->allocateIntOperands(ExpressionAllocator);
1077     std::copy(EI->idx_begin(), EI->idx_end(), int_op_inserter(E));
1078     return E;
1079   }
1080   llvm_unreachable("Unhandled type of aggregate value operation");
1081 }
1082
1083 const DeadExpression *NewGVN::createDeadExpression() const {
1084   // DeadExpression has no arguments and all DeadExpression's are the same,
1085   // so we only need one of them.
1086   return SingletonDeadExpression;
1087 }
1088
1089 const VariableExpression *NewGVN::createVariableExpression(Value *V) const {
1090   auto *E = new (ExpressionAllocator) VariableExpression(V);
1091   E->setOpcode(V->getValueID());
1092   return E;
1093 }
1094
1095 const Expression *NewGVN::createVariableOrConstant(Value *V) const {
1096   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
1097     return createConstantExpression(C);
1098   return createVariableExpression(V);
1099 }
1100
1101 const ConstantExpression *NewGVN::createConstantExpression(Constant *C) const {
1102   auto *E = new (ExpressionAllocator) ConstantExpression(C);
1103   E->setOpcode(C->getValueID());
1104   return E;
1105 }
1106
1107 const UnknownExpression *NewGVN::createUnknownExpression(Instruction *I) const {
1108   auto *E = new (ExpressionAllocator) UnknownExpression(I);
1109   E->setOpcode(I->getOpcode());
1110   return E;
1111 }
1112
1113 const CallExpression *
1114 NewGVN::createCallExpression(CallInst *CI, const MemoryAccess *MA) const {
1115   // FIXME: Add operand bundles for calls.
1116   auto *E =
1117       new (ExpressionAllocator) CallExpression(CI->getNumOperands(), CI, MA);
1118   setBasicExpressionInfo(CI, E);
1119   return E;
1120 }
1121
1122 // Return true if some equivalent of instruction Inst dominates instruction U.
1123 bool NewGVN::someEquivalentDominates(const Instruction *Inst,
1124                                      const Instruction *U) const {
1125   auto *CC = ValueToClass.lookup(Inst);
1126   // This must be an instruction because we are only called from phi nodes
1127   // in the case that the value it needs to check against is an instruction.
1128
1129   // The most likely candiates for dominance are the leader and the next leader.
1130   // The leader or nextleader will dominate in all cases where there is an
1131   // equivalent that is higher up in the dom tree.
1132   // We can't *only* check them, however, because the
1133   // dominator tree could have an infinite number of non-dominating siblings
1134   // with instructions that are in the right congruence class.
1135   //       A
1136   // B C D E F G
1137   // |
1138   // H
1139   // Instruction U could be in H,  with equivalents in every other sibling.
1140   // Depending on the rpo order picked, the leader could be the equivalent in
1141   // any of these siblings.
1142   if (!CC)
1143     return false;
1144   if (DT->dominates(cast<Instruction>(CC->getLeader()), U))
1145     return true;
1146   if (CC->getNextLeader().first &&
1147       DT->dominates(cast<Instruction>(CC->getNextLeader().first), U))
1148     return true;
1149   return llvm::any_of(*CC, [&](const Value *Member) {
1150     return Member != CC->getLeader() &&
1151            DT->dominates(cast<Instruction>(Member), U);
1152   });
1153 }
1154
1155 // See if we have a congruence class and leader for this operand, and if so,
1156 // return it. Otherwise, return the operand itself.
1157 Value *NewGVN::lookupOperandLeader(Value *V) const {
1158   CongruenceClass *CC = ValueToClass.lookup(V);
1159   if (CC) {
1160     // Everything in TOP is represented by undef, as it can be any value.
1161     // We do have to make sure we get the type right though, so we can't set the
1162     // RepLeader to undef.
1163     if (CC == TOPClass)
1164       return UndefValue::get(V->getType());
1165     return CC->getStoredValue() ? CC->getStoredValue() : CC->getLeader();
1166   }
1167
1168   return V;
1169 }
1170
1171 const MemoryAccess *NewGVN::lookupMemoryLeader(const MemoryAccess *MA) const {
1172   auto *CC = getMemoryClass(MA);
1173   assert(CC->getMemoryLeader() &&
1174          "Every MemoryAccess should be mapped to a congruence class with a "
1175          "representative memory access");
1176   return CC->getMemoryLeader();
1177 }
1178
1179 // Return true if the MemoryAccess is really equivalent to everything. This is
1180 // equivalent to the lattice value "TOP" in most lattices.  This is the initial
1181 // state of all MemoryAccesses.
1182 bool NewGVN::isMemoryAccessTOP(const MemoryAccess *MA) const {
1183   return getMemoryClass(MA) == TOPClass;
1184 }
1185
1186 LoadExpression *NewGVN::createLoadExpression(Type *LoadType, Value *PointerOp,
1187                                              LoadInst *LI,
1188                                              const MemoryAccess *MA) const {
1189   auto *E =
1190       new (ExpressionAllocator) LoadExpression(1, LI, lookupMemoryLeader(MA));
1191   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
1192   E->setType(LoadType);
1193
1194   // Give store and loads same opcode so they value number together.
1195   E->setOpcode(0);
1196   E->op_push_back(PointerOp);
1197   if (LI)
1198     E->setAlignment(LI->getAlignment());
1199
1200   // TODO: Value number heap versions. We may be able to discover
1201   // things alias analysis can't on it's own (IE that a store and a
1202   // load have the same value, and thus, it isn't clobbering the load).
1203   return E;
1204 }
1205
1206 const StoreExpression *
1207 NewGVN::createStoreExpression(StoreInst *SI, const MemoryAccess *MA) const {
1208   auto *StoredValueLeader = lookupOperandLeader(SI->getValueOperand());
1209   auto *E = new (ExpressionAllocator)
1210       StoreExpression(SI->getNumOperands(), SI, StoredValueLeader, MA);
1211   E->allocateOperands(ArgRecycler, ExpressionAllocator);
1212   E->setType(SI->getValueOperand()->getType());
1213
1214   // Give store and loads same opcode so they value number together.
1215   E->setOpcode(0);
1216   E->op_push_back(lookupOperandLeader(SI->getPointerOperand()));
1217
1218   // TODO: Value number heap versions. We may be able to discover
1219   // things alias analysis can't on it's own (IE that a store and a
1220   // load have the same value, and thus, it isn't clobbering the load).
1221   return E;
1222 }
1223
1224 const Expression *NewGVN::performSymbolicStoreEvaluation(Instruction *I) const {
1225   // Unlike loads, we never try to eliminate stores, so we do not check if they
1226   // are simple and avoid value numbering them.
1227   auto *SI = cast<StoreInst>(I);
1228   auto *StoreAccess = getMemoryAccess(SI);
1229   // Get the expression, if any, for the RHS of the MemoryDef.
1230   const MemoryAccess *StoreRHS = StoreAccess->getDefiningAccess();
1231   if (EnableStoreRefinement)
1232     StoreRHS = MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(StoreAccess);
1233   // If we bypassed the use-def chains, make sure we add a use.
1234   if (StoreRHS != StoreAccess->getDefiningAccess())
1235     addMemoryUsers(StoreRHS, StoreAccess);
1236   StoreRHS = lookupMemoryLeader(StoreRHS);
1237   // If we are defined by ourselves, use the live on entry def.
1238   if (StoreRHS == StoreAccess)
1239     StoreRHS = MSSA->getLiveOnEntryDef();
1240
1241   if (SI->isSimple()) {
1242     // See if we are defined by a previous store expression, it already has a
1243     // value, and it's the same value as our current store. FIXME: Right now, we
1244     // only do this for simple stores, we should expand to cover memcpys, etc.
1245     const auto *LastStore = createStoreExpression(SI, StoreRHS);
1246     const auto *LastCC = ExpressionToClass.lookup(LastStore);
1247     // We really want to check whether the expression we matched was a store. No
1248     // easy way to do that. However, we can check that the class we found has a
1249     // store, which, assuming the value numbering state is not corrupt, is
1250     // sufficient, because we must also be equivalent to that store's expression
1251     // for it to be in the same class as the load.
1252     if (LastCC && LastCC->getStoredValue() == LastStore->getStoredValue())
1253       return LastStore;
1254     // Also check if our value operand is defined by a load of the same memory
1255     // location, and the memory state is the same as it was then (otherwise, it
1256     // could have been overwritten later. See test32 in
1257     // transforms/DeadStoreElimination/simple.ll).
1258     if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(LastStore->getStoredValue()))
1259       if ((lookupOperandLeader(LI->getPointerOperand()) ==
1260            LastStore->getOperand(0)) &&
1261           (lookupMemoryLeader(getMemoryAccess(LI)->getDefiningAccess()) ==
1262            StoreRHS))
1263         return LastStore;
1264     deleteExpression(LastStore);
1265   }
1266
1267   // If the store is not equivalent to anything, value number it as a store that
1268   // produces a unique memory state (instead of using it's MemoryUse, we use
1269   // it's MemoryDef).
1270   return createStoreExpression(SI, StoreAccess);
1271 }
1272
1273 // See if we can extract the value of a loaded pointer from a load, a store, or
1274 // a memory instruction.
1275 const Expression *
1276 NewGVN::performSymbolicLoadCoercion(Type *LoadType, Value *LoadPtr,
1277                                     LoadInst *LI, Instruction *DepInst,
1278                                     MemoryAccess *DefiningAccess) const {
1279   assert((!LI || LI->isSimple()) && "Not a simple load");
1280   if (auto *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1281     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1282     // Also don't need to coerce if they are the same type, we will just
1283     // propogate..
1284     if (LI->isAtomic() > DepSI->isAtomic() ||
1285         LoadType == DepSI->getValueOperand()->getType())
1286       return nullptr;
1287     int Offset = analyzeLoadFromClobberingStore(LoadType, LoadPtr, DepSI, DL);
1288     if (Offset >= 0) {
1289       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(
1290               lookupOperandLeader(DepSI->getValueOperand()))) {
1291         DEBUG(dbgs() << "Coercing load from store " << *DepSI << " to constant "
1292                      << *C << "\n");
1293         return createConstantExpression(
1294             getConstantStoreValueForLoad(C, Offset, LoadType, DL));
1295       }
1296     }
1297
1298   } else if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1299     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
1300     if (LI->isAtomic() > DepLI->isAtomic())
1301       return nullptr;
1302     int Offset = analyzeLoadFromClobberingLoad(LoadType, LoadPtr, DepLI, DL);
1303     if (Offset >= 0) {
1304       // We can coerce a constant load into a load
1305       if (auto *C = dyn_cast<Constant>(lookupOperandLeader(DepLI)))
1306         if (auto *PossibleConstant =
1307                 getConstantLoadValueForLoad(C, Offset, LoadType, DL)) {
1308           DEBUG(dbgs() << "Coercing load from load " << *LI << " to constant "
1309                        << *PossibleConstant << "\n");
1310           return createConstantExpression(PossibleConstant);
1311         }
1312     }
1313
1314   } else if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInst)) {
1315     int Offset = analyzeLoadFromClobberingMemInst(LoadType, LoadPtr, DepMI, DL);
1316     if (Offset >= 0) {
1317       if (auto *PossibleConstant =
1318               getConstantMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, LoadType, DL)) {
1319         DEBUG(dbgs() << "Coercing load from meminst " << *DepMI
1320                      << " to constant " << *PossibleConstant << "\n");
1321         return createConstantExpression(PossibleConstant);
1322       }
1323     }
1324   }
1325
1326   // All of the below are only true if the loaded pointer is produced
1327   // by the dependent instruction.
1328   if (LoadPtr != lookupOperandLeader(DepInst) &&
1329       !AA->isMustAlias(LoadPtr, DepInst))
1330     return nullptr;
1331   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1332   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1333   // intervening stores, for example.  Note that this is only true in the case
1334   // that the result of the allocation is pointer equal to the load ptr.
1335   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1336     return createConstantExpression(UndefValue::get(LoadType));
1337   }
1338   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1339   // then the loaded value is undefined.
1340   else if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1341     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1342       return createConstantExpression(UndefValue::get(LoadType));
1343   }
1344   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
1345   // then the loaded value is zero
1346   else if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1347     return createConstantExpression(Constant::getNullValue(LoadType));
1348   }
1349
1350   return nullptr;
1351 }
1352
1353 const Expression *NewGVN::performSymbolicLoadEvaluation(Instruction *I) const {
1354   auto *LI = cast<LoadInst>(I);
1355
1356   // We can eliminate in favor of non-simple loads, but we won't be able to
1357   // eliminate the loads themselves.
1358   if (!LI->isSimple())
1359     return nullptr;
1360
1361   Value *LoadAddressLeader = lookupOperandLeader(LI->getPointerOperand());
1362   // Load of undef is undef.
1363   if (isa<UndefValue>(LoadAddressLeader))
1364     return createConstantExpression(UndefValue::get(LI->getType()));
1365   MemoryAccess *OriginalAccess = getMemoryAccess(I);
1366   MemoryAccess *DefiningAccess =
1367       MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(OriginalAccess);
1368
1369   if (!MSSA->isLiveOnEntryDef(DefiningAccess)) {
1370     if (auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(DefiningAccess)) {
1371       Instruction *DefiningInst = MD->getMemoryInst();
1372       // If the defining instruction is not reachable, replace with undef.
1373       if (!ReachableBlocks.count(DefiningInst->getParent()))
1374         return createConstantExpression(UndefValue::get(LI->getType()));
1375       // This will handle stores and memory insts.  We only do if it the
1376       // defining access has a different type, or it is a pointer produced by
1377       // certain memory operations that cause the memory to have a fixed value
1378       // (IE things like calloc).
1379       if (const auto *CoercionResult =
1380               performSymbolicLoadCoercion(LI->getType(), LoadAddressLeader, LI,
1381                                           DefiningInst, DefiningAccess))
1382         return CoercionResult;
1383     }
1384   }
1385
1386   const Expression *E = createLoadExpression(LI->getType(), LoadAddressLeader,
1387                                              LI, DefiningAccess);
1388   return E;
1389 }
1390
1391 const Expression *
1392 NewGVN::performSymbolicPredicateInfoEvaluation(Instruction *I) const {
1393   auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(I);
1394   if (!PI)
1395     return nullptr;
1396
1397   DEBUG(dbgs() << "Found predicate info from instruction !\n");
1398
1399   auto *PWC = dyn_cast<PredicateWithCondition>(PI);
1400   if (!PWC)
1401     return nullptr;
1402
1403   auto *CopyOf = I->getOperand(0);
1404   auto *Cond = PWC->Condition;
1405
1406   // If this a copy of the condition, it must be either true or false depending
1407   // on the predicate info type and edge
1408   if (CopyOf == Cond) {
1409     // We should not need to add predicate users because the predicate info is
1410     // already a use of this operand.
1411     if (isa<PredicateAssume>(PI))
1412       return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(Cond->getType()));
1413     if (auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PI)) {
1414       if (PBranch->TrueEdge)
1415         return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(Cond->getType()));
1416       return createConstantExpression(ConstantInt::getFalse(Cond->getType()));
1417     }
1418     if (auto *PSwitch = dyn_cast<PredicateSwitch>(PI))
1419       return createConstantExpression(cast<Constant>(PSwitch->CaseValue));
1420   }
1421
1422   // Not a copy of the condition, so see what the predicates tell us about this
1423   // value.  First, though, we check to make sure the value is actually a copy
1424   // of one of the condition operands. It's possible, in certain cases, for it
1425   // to be a copy of a predicateinfo copy. In particular, if two branch
1426   // operations use the same condition, and one branch dominates the other, we
1427   // will end up with a copy of a copy.  This is currently a small deficiency in
1428   // predicateinfo.  What will end up happening here is that we will value
1429   // number both copies the same anyway.
1430
1431   // Everything below relies on the condition being a comparison.
1432   auto *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(Cond);
1433   if (!Cmp)
1434     return nullptr;
1435
1436   if (CopyOf != Cmp->getOperand(0) && CopyOf != Cmp->getOperand(1)) {
1437     DEBUG(dbgs() << "Copy is not of any condition operands!\n");
1438     return nullptr;
1439   }
1440   Value *FirstOp = lookupOperandLeader(Cmp->getOperand(0));
1441   Value *SecondOp = lookupOperandLeader(Cmp->getOperand(1));
1442   bool SwappedOps = false;
1443   // Sort the ops
1444   if (shouldSwapOperands(FirstOp, SecondOp)) {
1445     std::swap(FirstOp, SecondOp);
1446     SwappedOps = true;
1447   }
1448   CmpInst::Predicate Predicate =
1449       SwappedOps ? Cmp->getSwappedPredicate() : Cmp->getPredicate();
1450
1451   if (isa<PredicateAssume>(PI)) {
1452     // If the comparison is true when the operands are equal, then we know the
1453     // operands are equal, because assumes must always be true.
1454     if (CmpInst::isTrueWhenEqual(Predicate)) {
1455       addPredicateUsers(PI, I);
1456       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1457       return createVariableOrConstant(FirstOp);
1458     }
1459   }
1460   if (const auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PI)) {
1461     // If we are *not* a copy of the comparison, we may equal to the other
1462     // operand when the predicate implies something about equality of
1463     // operations.  In particular, if the comparison is true/false when the
1464     // operands are equal, and we are on the right edge, we know this operation
1465     // is equal to something.
1466     if ((PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::ICMP_EQ) ||
1467         (!PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::ICMP_NE)) {
1468       addPredicateUsers(PI, I);
1469       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1470       return createVariableOrConstant(FirstOp);
1471     }
1472     // Handle the special case of floating point.
1473     if (((PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
1474          (!PBranch->TrueEdge && Predicate == CmpInst::FCMP_UNE)) &&
1475         isa<ConstantFP>(FirstOp) && !cast<ConstantFP>(FirstOp)->isZero()) {
1476       addPredicateUsers(PI, I);
1477       addAdditionalUsers(Cmp->getOperand(0), I);
1478       return createConstantExpression(cast<Constant>(FirstOp));
1479     }
1480   }
1481   return nullptr;
1482 }
1483
1484 // Evaluate read only and pure calls, and create an expression result.
1485 const Expression *NewGVN::performSymbolicCallEvaluation(Instruction *I) const {
1486   auto *CI = cast<CallInst>(I);
1487   if (auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1488     // Instrinsics with the returned attribute are copies of arguments.
1489     if (auto *ReturnedValue = II->getReturnedArgOperand()) {
1490       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ssa_copy)
1491         if (const auto *Result = performSymbolicPredicateInfoEvaluation(I))
1492           return Result;
1493       return createVariableOrConstant(ReturnedValue);
1494     }
1495   }
1496   if (AA->doesNotAccessMemory(CI)) {
1497     return createCallExpression(CI, TOPClass->getMemoryLeader());
1498   } else if (AA->onlyReadsMemory(CI)) {
1499     MemoryAccess *DefiningAccess = MSSAWalker->getClobberingMemoryAccess(CI);
1500     return createCallExpression(CI, DefiningAccess);
1501   }
1502   return nullptr;
1503 }
1504
1505 // Retrieve the memory class for a given MemoryAccess.
1506 CongruenceClass *NewGVN::getMemoryClass(const MemoryAccess *MA) const {
1507
1508   auto *Result = MemoryAccessToClass.lookup(MA);
1509   assert(Result && "Should have found memory class");
1510   return Result;
1511 }
1512
1513 // Update the MemoryAccess equivalence table to say that From is equal to To,
1514 // and return true if this is different from what already existed in the table.
1515 bool NewGVN::setMemoryClass(const MemoryAccess *From,
1516                             CongruenceClass *NewClass) {
1517   assert(NewClass &&
1518          "Every MemoryAccess should be getting mapped to a non-null class");
1519   DEBUG(dbgs() << "Setting " << *From);
1520   DEBUG(dbgs() << " equivalent to congruence class ");
1521   DEBUG(dbgs() << NewClass->getID() << " with current MemoryAccess leader ");
1522   DEBUG(dbgs() << *NewClass->getMemoryLeader() << "\n");
1523
1524   auto LookupResult = MemoryAccessToClass.find(From);
1525   bool Changed = false;
1526   // If it's already in the table, see if the value changed.
1527   if (LookupResult != MemoryAccessToClass.end()) {
1528     auto *OldClass = LookupResult->second;
1529     if (OldClass != NewClass) {
1530       // If this is a phi, we have to handle memory member updates.
1531       if (auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(From)) {
1532         OldClass->memory_erase(MP);
1533         NewClass->memory_insert(MP);
1534         // This may have killed the class if it had no non-memory members
1535         if (OldClass->getMemoryLeader() == From) {
1536           if (OldClass->definesNoMemory()) {
1537             OldClass->setMemoryLeader(nullptr);
1538           } else {
1539             OldClass->setMemoryLeader(getNextMemoryLeader(OldClass));
1540             DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class "
1541                          << OldClass->getID() << " to "
1542                          << *OldClass->getMemoryLeader()
1543                          << " due to removal of a memory member " << *From
1544                          << "\n");
1545             markMemoryLeaderChangeTouched(OldClass);
1546           }
1547         }
1548       }
1549       // It wasn't equivalent before, and now it is.
1550       LookupResult->second = NewClass;
1551       Changed = true;
1552     }
1553   }
1554
1555   return Changed;
1556 }
1557
1558 // Determine if a instruction is cycle-free.  That means the values in the
1559 // instruction don't depend on any expressions that can change value as a result
1560 // of the instruction.  For example, a non-cycle free instruction would be v =
1561 // phi(0, v+1).
1562 bool NewGVN::isCycleFree(const Instruction *I) const {
1563   // In order to compute cycle-freeness, we do SCC finding on the instruction,
1564   // and see what kind of SCC it ends up in.  If it is a singleton, it is
1565   // cycle-free.  If it is not in a singleton, it is only cycle free if the
1566   // other members are all phi nodes (as they do not compute anything, they are
1567   // copies).
1568   auto ICS = InstCycleState.lookup(I);
1569   if (ICS == ICS_Unknown) {
1570     SCCFinder.Start(I);
1571     auto &SCC = SCCFinder.getComponentFor(I);
1572     // It's cycle free if it's size 1 or or the SCC is *only* phi nodes.
1573     if (SCC.size() == 1)
1574       InstCycleState.insert({I, ICS_CycleFree});
1575     else {
1576       bool AllPhis =
1577           llvm::all_of(SCC, [](const Value *V) { return isa<PHINode>(V); });
1578       ICS = AllPhis ? ICS_CycleFree : ICS_Cycle;
1579       for (auto *Member : SCC)
1580         if (auto *MemberPhi = dyn_cast<PHINode>(Member))
1581           InstCycleState.insert({MemberPhi, ICS});
1582     }
1583   }
1584   if (ICS == ICS_Cycle)
1585     return false;
1586   return true;
1587 }
1588
1589 // Evaluate PHI nodes symbolically, and create an expression result.
1590 const Expression *NewGVN::performSymbolicPHIEvaluation(Instruction *I) const {
1591   // True if one of the incoming phi edges is a backedge.
1592   bool HasBackedge = false;
1593   // All constant tracks the state of whether all the *original* phi operands
1594   // This is really shorthand for "this phi cannot cycle due to forward
1595   // change in value of the phi is guaranteed not to later change the value of
1596   // the phi. IE it can't be v = phi(undef, v+1)
1597   bool AllConstant = true;
1598   auto *E =
1599       cast<PHIExpression>(createPHIExpression(I, HasBackedge, AllConstant));
1600   // We match the semantics of SimplifyPhiNode from InstructionSimplify here.
1601   // See if all arguments are the same.
1602   // We track if any were undef because they need special handling.
1603   bool HasUndef = false;
1604   auto Filtered = make_filter_range(E->operands(), [&](Value *Arg) {
1605     if (isa<UndefValue>(Arg)) {
1606       HasUndef = true;
1607       return false;
1608     }
1609     return true;
1610   });
1611   // If we are left with no operands, it's dead.
1612   if (Filtered.begin() == Filtered.end()) {
1613     // If it has undef at this point, it means there are no-non-undef arguments,
1614     // and thus, the value of the phi node must be undef.
1615     if (HasUndef) {
1616       DEBUG(dbgs() << "PHI Node " << *I
1617                    << " has no non-undef arguments, valuing it as undef\n");
1618       return createConstantExpression(UndefValue::get(I->getType()));
1619     }
1620
1621     DEBUG(dbgs() << "No arguments of PHI node " << *I << " are live\n");
1622     deleteExpression(E);
1623     return createDeadExpression();
1624   }
1625   unsigned NumOps = 0;
1626   Value *AllSameValue = *(Filtered.begin());
1627   ++Filtered.begin();
1628   // Can't use std::equal here, sadly, because filter.begin moves.
1629   if (llvm::all_of(Filtered, [&](Value *Arg) {
1630         ++NumOps;
1631         return Arg == AllSameValue;
1632       })) {
1633     // In LLVM's non-standard representation of phi nodes, it's possible to have
1634     // phi nodes with cycles (IE dependent on other phis that are .... dependent
1635     // on the original phi node), especially in weird CFG's where some arguments
1636     // are unreachable, or uninitialized along certain paths.  This can cause
1637     // infinite loops during evaluation. We work around this by not trying to
1638     // really evaluate them independently, but instead using a variable
1639     // expression to say if one is equivalent to the other.
1640     // We also special case undef, so that if we have an undef, we can't use the
1641     // common value unless it dominates the phi block.
1642     if (HasUndef) {
1643       // If we have undef and at least one other value, this is really a
1644       // multivalued phi, and we need to know if it's cycle free in order to
1645       // evaluate whether we can ignore the undef.  The other parts of this are
1646       // just shortcuts.  If there is no backedge, or all operands are
1647       // constants, or all operands are ignored but the undef, it also must be
1648       // cycle free.
1649       if (!AllConstant && HasBackedge && NumOps > 0 &&
1650           !isa<UndefValue>(AllSameValue) && !isCycleFree(I))
1651         return E;
1652
1653       // Only have to check for instructions
1654       if (auto *AllSameInst = dyn_cast<Instruction>(AllSameValue))
1655         if (!someEquivalentDominates(AllSameInst, I))
1656           return E;
1657     }
1658     // Can't simplify to something that comes later in the iteration.
1659     // Otherwise, when and if it changes congruence class, we will never catch
1660     // up. We will always be a class behind it.
1661     if (isa<Instruction>(AllSameValue) &&
1662         InstrToDFSNum(AllSameValue) > InstrToDFSNum(I))
1663       return E;
1664     NumGVNPhisAllSame++;
1665     DEBUG(dbgs() << "Simplified PHI node " << *I << " to " << *AllSameValue
1666                  << "\n");
1667     deleteExpression(E);
1668     return createVariableOrConstant(AllSameValue);
1669   }
1670   return E;
1671 }
1672
1673 const Expression *
1674 NewGVN::performSymbolicAggrValueEvaluation(Instruction *I) const {
1675   if (auto *EI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I)) {
1676     auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
1677     if (II && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0) {
1678       unsigned Opcode = 0;
1679       // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
1680       // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
1681       // an extract value expression.
1682       switch (II->getIntrinsicID()) {
1683       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1684       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1685         Opcode = Instruction::Add;
1686         break;
1687       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1688       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1689         Opcode = Instruction::Sub;
1690         break;
1691       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1692       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1693         Opcode = Instruction::Mul;
1694         break;
1695       default:
1696         break;
1697       }
1698
1699       if (Opcode != 0) {
1700         // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the
1701         // expression.
1702         assert(II->getNumArgOperands() == 2 &&
1703                "Expect two args for recognised intrinsics.");
1704         return createBinaryExpression(
1705             Opcode, EI->getType(), II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1));
1706       }
1707     }
1708   }
1709
1710   return createAggregateValueExpression(I);
1711 }
1712 const Expression *NewGVN::performSymbolicCmpEvaluation(Instruction *I) const {
1713   auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I);
1714   // See if our operands are equal to those of a previous predicate, and if so,
1715   // if it implies true or false.
1716   auto Op0 = lookupOperandLeader(CI->getOperand(0));
1717   auto Op1 = lookupOperandLeader(CI->getOperand(1));
1718   auto OurPredicate = CI->getPredicate();
1719   if (shouldSwapOperands(Op0, Op1)) {
1720     std::swap(Op0, Op1);
1721     OurPredicate = CI->getSwappedPredicate();
1722   }
1723
1724   // Avoid processing the same info twice
1725   const PredicateBase *LastPredInfo = nullptr;
1726   // See if we know something about the comparison itself, like it is the target
1727   // of an assume.
1728   auto *CmpPI = PredInfo->getPredicateInfoFor(I);
1729   if (dyn_cast_or_null<PredicateAssume>(CmpPI))
1730     return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1731
1732   if (Op0 == Op1) {
1733     // This condition does not depend on predicates, no need to add users
1734     if (CI->isTrueWhenEqual())
1735       return createConstantExpression(ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1736     else if (CI->isFalseWhenEqual())
1737       return createConstantExpression(ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1738   }
1739
1740   // NOTE: Because we are comparing both operands here and below, and using
1741   // previous comparisons, we rely on fact that predicateinfo knows to mark
1742   // comparisons that use renamed operands as users of the earlier comparisons.
1743   // It is *not* enough to just mark predicateinfo renamed operands as users of
1744   // the earlier comparisons, because the *other* operand may have changed in a
1745   // previous iteration.
1746   // Example:
1747   // icmp slt %a, %b
1748   // %b.0 = ssa.copy(%b)
1749   // false branch:
1750   // icmp slt %c, %b.0
1751
1752   // %c and %a may start out equal, and thus, the code below will say the second
1753   // %icmp is false.  c may become equal to something else, and in that case the
1754   // %second icmp *must* be reexamined, but would not if only the renamed
1755   // %operands are considered users of the icmp.
1756
1757   // *Currently* we only check one level of comparisons back, and only mark one
1758   // level back as touched when changes appen .  If you modify this code to look
1759   // back farther through comparisons, you *must* mark the appropriate
1760   // comparisons as users in PredicateInfo.cpp, or you will cause bugs.  See if
1761   // we know something just from the operands themselves
1762
1763   // See if our operands have predicate info, so that we may be able to derive
1764   // something from a previous comparison.
1765   for (const auto &Op : CI->operands()) {
1766     auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(Op);
1767     if (const auto *PBranch = dyn_cast_or_null<PredicateBranch>(PI)) {
1768       if (PI == LastPredInfo)
1769         continue;
1770       LastPredInfo = PI;
1771
1772       // TODO: Along the false edge, we may know more things too, like icmp of
1773       // same operands is false.
1774       // TODO: We only handle actual comparison conditions below, not and/or.
1775       auto *BranchCond = dyn_cast<CmpInst>(PBranch->Condition);
1776       if (!BranchCond)
1777         continue;
1778       auto *BranchOp0 = lookupOperandLeader(BranchCond->getOperand(0));
1779       auto *BranchOp1 = lookupOperandLeader(BranchCond->getOperand(1));
1780       auto BranchPredicate = BranchCond->getPredicate();
1781       if (shouldSwapOperands(BranchOp0, BranchOp1)) {
1782         std::swap(BranchOp0, BranchOp1);
1783         BranchPredicate = BranchCond->getSwappedPredicate();
1784       }
1785       if (BranchOp0 == Op0 && BranchOp1 == Op1) {
1786         if (PBranch->TrueEdge) {
1787           // If we know the previous predicate is true and we are in the true
1788           // edge then we may be implied true or false.
1789           if (CmpInst::isImpliedTrueByMatchingCmp(BranchPredicate,
1790                                                   OurPredicate)) {
1791             addPredicateUsers(PI, I);
1792             return createConstantExpression(
1793                 ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1794           }
1795
1796           if (CmpInst::isImpliedFalseByMatchingCmp(BranchPredicate,
1797                                                    OurPredicate)) {
1798             addPredicateUsers(PI, I);
1799             return createConstantExpression(
1800                 ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1801           }
1802
1803         } else {
1804           // Just handle the ne and eq cases, where if we have the same
1805           // operands, we may know something.
1806           if (BranchPredicate == OurPredicate) {
1807             addPredicateUsers(PI, I);
1808             // Same predicate, same ops,we know it was false, so this is false.
1809             return createConstantExpression(
1810                 ConstantInt::getFalse(CI->getType()));
1811           } else if (BranchPredicate ==
1812                      CmpInst::getInversePredicate(OurPredicate)) {
1813             addPredicateUsers(PI, I);
1814             // Inverse predicate, we know the other was false, so this is true.
1815             return createConstantExpression(
1816                 ConstantInt::getTrue(CI->getType()));
1817           }
1818         }
1819       }
1820     }
1821   }
1822   // Create expression will take care of simplifyCmpInst
1823   return createExpression(I);
1824 }
1825
1826 // Return true if V is a value that will always be available (IE can
1827 // be placed anywhere) in the function.  We don't do globals here
1828 // because they are often worse to put in place.
1829 // TODO: Separate cost from availability
1830 static bool alwaysAvailable(Value *V) {
1831   return isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V);
1832 }
1833
1834 // Substitute and symbolize the value before value numbering.
1835 const Expression *
1836 NewGVN::performSymbolicEvaluation(Value *V,
1837                                   SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) const {
1838   const Expression *E = nullptr;
1839   if (auto *C = dyn_cast<Constant>(V))
1840     E = createConstantExpression(C);
1841   else if (isa<Argument>(V) || isa<GlobalVariable>(V)) {
1842     E = createVariableExpression(V);
1843   } else {
1844     // TODO: memory intrinsics.
1845     // TODO: Some day, we should do the forward propagation and reassociation
1846     // parts of the algorithm.
1847     auto *I = cast<Instruction>(V);
1848     switch (I->getOpcode()) {
1849     case Instruction::ExtractValue:
1850     case Instruction::InsertValue:
1851       E = performSymbolicAggrValueEvaluation(I);
1852       break;
1853     case Instruction::PHI:
1854       E = performSymbolicPHIEvaluation(I);
1855       break;
1856     case Instruction::Call:
1857       E = performSymbolicCallEvaluation(I);
1858       break;
1859     case Instruction::Store:
1860       E = performSymbolicStoreEvaluation(I);
1861       break;
1862     case Instruction::Load:
1863       E = performSymbolicLoadEvaluation(I);
1864       break;
1865     case Instruction::BitCast: {
1866       E = createExpression(I);
1867     } break;
1868     case Instruction::ICmp:
1869     case Instruction::FCmp: {
1870       E = performSymbolicCmpEvaluation(I);
1871     } break;
1872     case Instruction::Add:
1873     case Instruction::FAdd:
1874     case Instruction::Sub:
1875     case Instruction::FSub:
1876     case Instruction::Mul:
1877     case Instruction::FMul:
1878     case Instruction::UDiv:
1879     case Instruction::SDiv:
1880     case Instruction::FDiv:
1881     case Instruction::URem:
1882     case Instruction::SRem:
1883     case Instruction::FRem:
1884     case Instruction::Shl:
1885     case Instruction::LShr:
1886     case Instruction::AShr:
1887     case Instruction::And:
1888     case Instruction::Or:
1889     case Instruction::Xor:
1890     case Instruction::Trunc:
1891     case Instruction::ZExt:
1892     case Instruction::SExt:
1893     case Instruction::FPToUI:
1894     case Instruction::FPToSI:
1895     case Instruction::UIToFP:
1896     case Instruction::SIToFP:
1897     case Instruction::FPTrunc:
1898     case Instruction::FPExt:
1899     case Instruction::PtrToInt:
1900     case Instruction::IntToPtr:
1901     case Instruction::Select:
1902     case Instruction::ExtractElement:
1903     case Instruction::InsertElement:
1904     case Instruction::ShuffleVector:
1905     case Instruction::GetElementPtr:
1906       E = createExpression(I);
1907       break;
1908     default:
1909       return nullptr;
1910     }
1911   }
1912   return E;
1913 }
1914
1915 // Look up a container in a map, and then call a function for each thing in the
1916 // found container.
1917 template <typename Map, typename KeyType, typename Func>
1918 void NewGVN::for_each_found(Map &M, const KeyType &Key, Func F) {
1919   const auto Result = M.find_as(Key);
1920   if (Result != M.end())
1921     for (typename Map::mapped_type::value_type Mapped : Result->second)
1922       F(Mapped);
1923 }
1924
1925 // Look up a container of values/instructions in a map, and touch all the
1926 // instructions in the container.  Then erase value from the map.
1927 template <typename Map, typename KeyType>
1928 void NewGVN::touchAndErase(Map &M, const KeyType &Key) {
1929   const auto Result = M.find_as(Key);
1930   if (Result != M.end()) {
1931     for (const typename Map::mapped_type::value_type Mapped : Result->second)
1932       TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(Mapped));
1933     M.erase(Result);
1934   }
1935 }
1936
1937 void NewGVN::addAdditionalUsers(Value *To, Value *User) const {
1938   if (isa<Instruction>(To))
1939     AdditionalUsers[To].insert(User);
1940 }
1941
1942 void NewGVN::markUsersTouched(Value *V) {
1943   // Now mark the users as touched.
1944   for (auto *User : V->users()) {
1945     assert(isa<Instruction>(User) && "Use of value not within an instruction?");
1946     TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(User));
1947   }
1948   touchAndErase(AdditionalUsers, V);
1949 }
1950
1951 void NewGVN::addMemoryUsers(const MemoryAccess *To, MemoryAccess *U) const {
1952   DEBUG(dbgs() << "Adding memory user " << *U << " to " << *To << "\n");
1953   MemoryToUsers[To].insert(U);
1954 }
1955
1956 void NewGVN::markMemoryDefTouched(const MemoryAccess *MA) {
1957   TouchedInstructions.set(MemoryToDFSNum(MA));
1958 }
1959
1960 void NewGVN::markMemoryUsersTouched(const MemoryAccess *MA) {
1961   if (isa<MemoryUse>(MA))
1962     return;
1963   for (auto U : MA->users())
1964     TouchedInstructions.set(MemoryToDFSNum(U));
1965   touchAndErase(MemoryToUsers, MA);
1966 }
1967
1968 // Add I to the set of users of a given predicate.
1969 void NewGVN::addPredicateUsers(const PredicateBase *PB, Instruction *I) const {
1970   // Don't add temporary instructions to the user lists.
1971   if (AllTempInstructions.count(I))
1972     return;
1973
1974   if (auto *PBranch = dyn_cast<PredicateBranch>(PB))
1975     PredicateToUsers[PBranch->Condition].insert(I);
1976   else if (auto *PAssume = dyn_cast<PredicateBranch>(PB))
1977     PredicateToUsers[PAssume->Condition].insert(I);
1978 }
1979
1980 // Touch all the predicates that depend on this instruction.
1981 void NewGVN::markPredicateUsersTouched(Instruction *I) {
1982   touchAndErase(PredicateToUsers, I);
1983 }
1984
1985 // Mark users affected by a memory leader change.
1986 void NewGVN::markMemoryLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC) {
1987   for (auto M : CC->memory())
1988     markMemoryDefTouched(M);
1989 }
1990
1991 // Touch the instructions that need to be updated after a congruence class has a
1992 // leader change, and mark changed values.
1993 void NewGVN::markValueLeaderChangeTouched(CongruenceClass *CC) {
1994   for (auto M : *CC) {
1995     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(M))
1996       TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(I));
1997     LeaderChanges.insert(M);
1998   }
1999 }
2000
2001 // Give a range of things that have instruction DFS numbers, this will return
2002 // the member of the range with the smallest dfs number.
2003 template <class T, class Range>
2004 T *NewGVN::getMinDFSOfRange(const Range &R) const {
2005   std::pair<T *, unsigned> MinDFS = {nullptr, ~0U};
2006   for (const auto X : R) {
2007     auto DFSNum = InstrToDFSNum(X);
2008     if (DFSNum < MinDFS.second)
2009       MinDFS = {X, DFSNum};
2010   }
2011   return MinDFS.first;
2012 }
2013
2014 // This function returns the MemoryAccess that should be the next leader of
2015 // congruence class CC, under the assumption that the current leader is going to
2016 // disappear.
2017 const MemoryAccess *NewGVN::getNextMemoryLeader(CongruenceClass *CC) const {
2018   // TODO: If this ends up to slow, we can maintain a next memory leader like we
2019   // do for regular leaders.
2020   // Make sure there will be a leader to find
2021   assert(!CC->definesNoMemory() && "Can't get next leader if there is none");
2022   if (CC->getStoreCount() > 0) {
2023     if (auto *NL = dyn_cast_or_null<StoreInst>(CC->getNextLeader().first))
2024       return getMemoryAccess(NL);
2025     // Find the store with the minimum DFS number.
2026     auto *V = getMinDFSOfRange<Value>(make_filter_range(
2027         *CC, [&](const Value *V) { return isa<StoreInst>(V); }));
2028     return getMemoryAccess(cast<StoreInst>(V));
2029   }
2030   assert(CC->getStoreCount() == 0);
2031
2032   // Given our assertion, hitting this part must mean
2033   // !OldClass->memory_empty()
2034   if (CC->memory_size() == 1)
2035     return *CC->memory_begin();
2036   return getMinDFSOfRange<const MemoryPhi>(CC->memory());
2037 }
2038
2039 // This function returns the next value leader of a congruence class, under the
2040 // assumption that the current leader is going away.  This should end up being
2041 // the next most dominating member.
2042 Value *NewGVN::getNextValueLeader(CongruenceClass *CC) const {
2043   // We don't need to sort members if there is only 1, and we don't care about
2044   // sorting the TOP class because everything either gets out of it or is
2045   // unreachable.
2046
2047   if (CC->size() == 1 || CC == TOPClass) {
2048     return *(CC->begin());
2049   } else if (CC->getNextLeader().first) {
2050     ++NumGVNAvoidedSortedLeaderChanges;
2051     return CC->getNextLeader().first;
2052   } else {
2053     ++NumGVNSortedLeaderChanges;
2054     // NOTE: If this ends up to slow, we can maintain a dual structure for
2055     // member testing/insertion, or keep things mostly sorted, and sort only
2056     // here, or use SparseBitVector or ....
2057     return getMinDFSOfRange<Value>(*CC);
2058   }
2059 }
2060
2061 // Move a MemoryAccess, currently in OldClass, to NewClass, including updates to
2062 // the memory members, etc for the move.
2063 //
2064 // The invariants of this function are:
2065 //
2066 // I must be moving to NewClass from OldClass The StoreCount of OldClass and
2067 // NewClass is expected to have been updated for I already if it is is a store.
2068 // The OldClass memory leader has not been updated yet if I was the leader.
2069 void NewGVN::moveMemoryToNewCongruenceClass(Instruction *I,
2070                                             MemoryAccess *InstMA,
2071                                             CongruenceClass *OldClass,
2072                                             CongruenceClass *NewClass) {
2073   // If the leader is I, and we had a represenative MemoryAccess, it should
2074   // be the MemoryAccess of OldClass.
2075   assert((!InstMA || !OldClass->getMemoryLeader() ||
2076           OldClass->getLeader() != I ||
2077           OldClass->getMemoryLeader() == InstMA) &&
2078          "Representative MemoryAccess mismatch");
2079   // First, see what happens to the new class
2080   if (!NewClass->getMemoryLeader()) {
2081     // Should be a new class, or a store becoming a leader of a new class.
2082     assert(NewClass->size() == 1 ||
2083            (isa<StoreInst>(I) && NewClass->getStoreCount() == 1));
2084     NewClass->setMemoryLeader(InstMA);
2085     // Mark it touched if we didn't just create a singleton
2086     DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class " << NewClass->getID()
2087                  << " due to new memory instruction becoming leader\n");
2088     markMemoryLeaderChangeTouched(NewClass);
2089   }
2090   setMemoryClass(InstMA, NewClass);
2091   // Now, fixup the old class if necessary
2092   if (OldClass->getMemoryLeader() == InstMA) {
2093     if (!OldClass->definesNoMemory()) {
2094       OldClass->setMemoryLeader(getNextMemoryLeader(OldClass));
2095       DEBUG(dbgs() << "Memory class leader change for class "
2096                    << OldClass->getID() << " to "
2097                    << *OldClass->getMemoryLeader()
2098                    << " due to removal of old leader " << *InstMA << "\n");
2099       markMemoryLeaderChangeTouched(OldClass);
2100     } else
2101       OldClass->setMemoryLeader(nullptr);
2102   }
2103 }
2104
2105 // Move a value, currently in OldClass, to be part of NewClass
2106 // Update OldClass and NewClass for the move (including changing leaders, etc).
2107 void NewGVN::moveValueToNewCongruenceClass(Instruction *I, const Expression *E,
2108                                            CongruenceClass *OldClass,
2109                                            CongruenceClass *NewClass) {
2110   if (I == OldClass->getNextLeader().first)
2111     OldClass->resetNextLeader();
2112
2113   OldClass->erase(I);
2114   NewClass->insert(I);
2115
2116   if (NewClass->getLeader() != I)
2117     NewClass->addPossibleNextLeader({I, InstrToDFSNum(I)});
2118   // Handle our special casing of stores.
2119   if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
2120     OldClass->decStoreCount();
2121     // Okay, so when do we want to make a store a leader of a class?
2122     // If we have a store defined by an earlier load, we want the earlier load
2123     // to lead the class.
2124     // If we have a store defined by something else, we want the store to lead
2125     // the class so everything else gets the "something else" as a value.
2126     // If we have a store as the single member of the class, we want the store
2127     // as the leader
2128     if (NewClass->getStoreCount() == 0 && !NewClass->getStoredValue()) {
2129       // If it's a store expression we are using, it means we are not equivalent
2130       // to something earlier.
2131       if (auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(E)) {
2132         NewClass->setStoredValue(SE->getStoredValue());
2133         markValueLeaderChangeTouched(NewClass);
2134         // Shift the new class leader to be the store
2135         DEBUG(dbgs() << "Changing leader of congruence class "
2136                      << NewClass->getID() << " from " << *NewClass->getLeader()
2137                      << " to  " << *SI << " because store joined class\n");
2138         // If we changed the leader, we have to mark it changed because we don't
2139         // know what it will do to symbolic evlauation.
2140         NewClass->setLeader(SI);
2141       }
2142       // We rely on the code below handling the MemoryAccess change.
2143     }
2144     NewClass->incStoreCount();
2145   }
2146   // True if there is no memory instructions left in a class that had memory
2147   // instructions before.
2148
2149   // If it's not a memory use, set the MemoryAccess equivalence
2150   auto *InstMA = dyn_cast_or_null<MemoryDef>(getMemoryAccess(I));
2151   if (InstMA)
2152     moveMemoryToNewCongruenceClass(I, InstMA, OldClass, NewClass);
2153   ValueToClass[I] = NewClass;
2154   // See if we destroyed the class or need to swap leaders.
2155   if (OldClass->empty() && OldClass != TOPClass) {
2156     if (OldClass->getDefiningExpr()) {
2157       DEBUG(dbgs() << "Erasing expression " << *OldClass->getDefiningExpr()
2158                    << " from table\n");
2159       // We erase it as an exact expression to make sure we don't just erase an
2160       // equivalent one.
2161       auto Iter = ExpressionToClass.find_as(
2162           ExactEqualsExpression(*OldClass->getDefiningExpr()));
2163       if (Iter != ExpressionToClass.end())
2164         ExpressionToClass.erase(Iter);
2165 #ifdef EXPENSIVE_CHECKS
2166       assert(
2167           (*OldClass->getDefiningExpr() != *E || ExpressionToClass.lookup(E)) &&
2168           "We erased the expression we just inserted, which should not happen");
2169 #endif
2170     }
2171   } else if (OldClass->getLeader() == I) {
2172     // When the leader changes, the value numbering of
2173     // everything may change due to symbolization changes, so we need to
2174     // reprocess.
2175     DEBUG(dbgs() << "Value class leader change for class " << OldClass->getID()
2176                  << "\n");
2177     ++NumGVNLeaderChanges;
2178     // Destroy the stored value if there are no more stores to represent it.
2179     // Note that this is basically clean up for the expression removal that
2180     // happens below.  If we remove stores from a class, we may leave it as a
2181     // class of equivalent memory phis.
2182     if (OldClass->getStoreCount() == 0) {
2183       if (OldClass->getStoredValue())
2184         OldClass->setStoredValue(nullptr);
2185     }
2186     OldClass->setLeader(getNextValueLeader(OldClass));
2187     OldClass->resetNextLeader();
2188     markValueLeaderChangeTouched(OldClass);
2189   }
2190 }
2191
2192 // For a given expression, mark the phi of ops instructions that could have
2193 // changed as a result.
2194 void NewGVN::markPhiOfOpsChanged(const Expression *E) {
2195   touchAndErase(ExpressionToPhiOfOps, ExactEqualsExpression(*E));
2196 }
2197
2198 // Perform congruence finding on a given value numbering expression.
2199 void NewGVN::performCongruenceFinding(Instruction *I, const Expression *E) {
2200   // This is guaranteed to return something, since it will at least find
2201   // TOP.
2202
2203   CongruenceClass *IClass = ValueToClass.lookup(I);
2204   assert(IClass && "Should have found a IClass");
2205   // Dead classes should have been eliminated from the mapping.
2206   assert(!IClass->isDead() && "Found a dead class");
2207
2208   CongruenceClass *EClass = nullptr;
2209   if (const auto *VE = dyn_cast<VariableExpression>(E)) {
2210     EClass = ValueToClass.lookup(VE->getVariableValue());
2211   } else if (isa<DeadExpression>(E)) {
2212     EClass = TOPClass;
2213   }
2214   if (!EClass) {
2215     auto lookupResult = ExpressionToClass.insert({E, nullptr});
2216
2217     // If it's not in the value table, create a new congruence class.
2218     if (lookupResult.second) {
2219       CongruenceClass *NewClass = createCongruenceClass(nullptr, E);
2220       auto place = lookupResult.first;
2221       place->second = NewClass;
2222
2223       // Constants and variables should always be made the leader.
2224       if (const auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E)) {
2225         NewClass->setLeader(CE->getConstantValue());
2226       } else if (const auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(E)) {
2227         StoreInst *SI = SE->getStoreInst();
2228         NewClass->setLeader(SI);
2229         NewClass->setStoredValue(SE->getStoredValue());
2230         // The RepMemoryAccess field will be filled in properly by the
2231         // moveValueToNewCongruenceClass call.
2232       } else {
2233         NewClass->setLeader(I);
2234       }
2235       assert(!isa<VariableExpression>(E) &&
2236              "VariableExpression should have been handled already");
2237
2238       EClass = NewClass;
2239       DEBUG(dbgs() << "Created new congruence class for " << *I
2240                    << " using expression " << *E << " at " << NewClass->getID()
2241                    << " and leader " << *(NewClass->getLeader()));
2242       if (NewClass->getStoredValue())
2243         DEBUG(dbgs() << " and stored value " << *(NewClass->getStoredValue()));
2244       DEBUG(dbgs() << "\n");
2245     } else {
2246       EClass = lookupResult.first->second;
2247       if (isa<ConstantExpression>(E))
2248         assert((isa<Constant>(EClass->getLeader()) ||
2249                 (EClass->getStoredValue() &&
2250                  isa<Constant>(EClass->getStoredValue()))) &&
2251                "Any class with a constant expression should have a "
2252                "constant leader");
2253
2254       assert(EClass && "Somehow don't have an eclass");
2255
2256       assert(!EClass->isDead() && "We accidentally looked up a dead class");
2257     }
2258   }
2259   bool ClassChanged = IClass != EClass;
2260   bool LeaderChanged = LeaderChanges.erase(I);
2261   if (ClassChanged || LeaderChanged) {
2262     DEBUG(dbgs() << "New class " << EClass->getID() << " for expression " << *E
2263                  << "\n");
2264     if (ClassChanged) {
2265       moveValueToNewCongruenceClass(I, E, IClass, EClass);
2266       markPhiOfOpsChanged(E);
2267     }
2268
2269     markUsersTouched(I);
2270     if (MemoryAccess *MA = getMemoryAccess(I))
2271       markMemoryUsersTouched(MA);
2272     if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
2273       markPredicateUsersTouched(CI);
2274   }
2275   // If we changed the class of the store, we want to ensure nothing finds the
2276   // old store expression.  In particular, loads do not compare against stored
2277   // value, so they will find old store expressions (and associated class
2278   // mappings) if we leave them in the table.
2279   if (ClassChanged && isa<StoreInst>(I)) {
2280     auto *OldE = ValueToExpression.lookup(I);
2281     // It could just be that the old class died. We don't want to erase it if we
2282     // just moved classes.
2283     if (OldE && isa<StoreExpression>(OldE) && *E != *OldE) {
2284       // Erase this as an exact expression to ensure we don't erase expressions
2285       // equivalent to it.
2286       auto Iter = ExpressionToClass.find_as(ExactEqualsExpression(*OldE));
2287       if (Iter != ExpressionToClass.end())
2288         ExpressionToClass.erase(Iter);
2289     }
2290   }
2291   ValueToExpression[I] = E;
2292 }
2293
2294 // Process the fact that Edge (from, to) is reachable, including marking
2295 // any newly reachable blocks and instructions for processing.
2296 void NewGVN::updateReachableEdge(BasicBlock *From, BasicBlock *To) {
2297   // Check if the Edge was reachable before.
2298   if (ReachableEdges.insert({From, To}).second) {
2299     // If this block wasn't reachable before, all instructions are touched.
2300     if (ReachableBlocks.insert(To).second) {
2301       DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(To) << " marked reachable\n");
2302       const auto &InstRange = BlockInstRange.lookup(To);
2303       TouchedInstructions.set(InstRange.first, InstRange.second);
2304     } else {
2305       DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(To)
2306                    << " was reachable, but new edge {" << getBlockName(From)
2307                    << "," << getBlockName(To) << "} to it found\n");
2308
2309       // We've made an edge reachable to an existing block, which may
2310       // impact predicates. Otherwise, only mark the phi nodes as touched, as
2311       // they are the only thing that depend on new edges. Anything using their
2312       // values will get propagated to if necessary.
2313       if (MemoryAccess *MemPhi = getMemoryAccess(To))
2314         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(MemPhi));
2315
2316       auto BI = To->begin();
2317       while (isa<PHINode>(BI)) {
2318         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(&*BI));
2319         ++BI;
2320       }
2321       for_each_found(PHIOfOpsPHIs, To, [&](const PHINode *I) {
2322         TouchedInstructions.set(InstrToDFSNum(I));
2323       });
2324     }
2325   }
2326 }
2327
2328 // Given a predicate condition (from a switch, cmp, or whatever) and a block,
2329 // see if we know some constant value for it already.
2330 Value *NewGVN::findConditionEquivalence(Value *Cond) const {
2331   auto Result = lookupOperandLeader(Cond);
2332   return isa<Constant>(Result) ? Result : nullptr;
2333 }
2334
2335 // Process the outgoing edges of a block for reachability.
2336 void NewGVN::processOutgoingEdges(TerminatorInst *TI, BasicBlock *B) {
2337   // Evaluate reachability of terminator instruction.
2338   BranchInst *BR;
2339   if ((BR = dyn_cast<BranchInst>(TI)) && BR->isConditional()) {
2340     Value *Cond = BR->getCondition();
2341     Value *CondEvaluated = findConditionEquivalence(Cond);
2342     if (!CondEvaluated) {
2343       if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2344         const Expression *E = createExpression(I);
2345         if (const auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E)) {
2346           CondEvaluated = CE->getConstantValue();
2347         }
2348       } else if (isa<ConstantInt>(Cond)) {
2349         CondEvaluated = Cond;
2350       }
2351     }
2352     ConstantInt *CI;
2353     BasicBlock *TrueSucc = BR->getSuccessor(0);
2354     BasicBlock *FalseSucc = BR->getSuccessor(1);
2355     if (CondEvaluated && (CI = dyn_cast<ConstantInt>(CondEvaluated))) {
2356       if (CI->isOne()) {
2357         DEBUG(dbgs() << "Condition for Terminator " << *TI
2358                      << " evaluated to true\n");
2359         updateReachableEdge(B, TrueSucc);
2360       } else if (CI->isZero()) {
2361         DEBUG(dbgs() << "Condition for Terminator " << *TI
2362                      << " evaluated to false\n");
2363         updateReachableEdge(B, FalseSucc);
2364       }
2365     } else {
2366       updateReachableEdge(B, TrueSucc);
2367       updateReachableEdge(B, FalseSucc);
2368     }
2369   } else if (auto *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2370     // For switches, propagate the case values into the case
2371     // destinations.
2372
2373     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2374     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2375
2376     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2377     Value *CondEvaluated = findConditionEquivalence(SwitchCond);
2378     // See if we were able to turn this switch statement into a constant.
2379     if (CondEvaluated && isa<ConstantInt>(CondEvaluated)) {
2380       auto *CondVal = cast<ConstantInt>(CondEvaluated);
2381       // We should be able to get case value for this.
2382       auto Case = *SI->findCaseValue(CondVal);
2383       if (Case.getCaseSuccessor() == SI->getDefaultDest()) {
2384         // We proved the value is outside of the range of the case.
2385         // We can't do anything other than mark the default dest as reachable,
2386         // and go home.
2387         updateReachableEdge(B, SI->getDefaultDest());
2388         return;
2389       }
2390       // Now get where it goes and mark it reachable.
2391       BasicBlock *TargetBlock = Case.getCaseSuccessor();
2392       updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2393     } else {
2394       for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2395         BasicBlock *TargetBlock = SI->getSuccessor(i);
2396         ++SwitchEdges[TargetBlock];
2397         updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2398       }
2399     }
2400   } else {
2401     // Otherwise this is either unconditional, or a type we have no
2402     // idea about. Just mark successors as reachable.
2403     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
2404       BasicBlock *TargetBlock = TI->getSuccessor(i);
2405       updateReachableEdge(B, TargetBlock);
2406     }
2407
2408     // This also may be a memory defining terminator, in which case, set it
2409     // equivalent only to itself.
2410     //
2411     auto *MA = getMemoryAccess(TI);
2412     if (MA && !isa<MemoryUse>(MA)) {
2413       auto *CC = ensureLeaderOfMemoryClass(MA);
2414       if (setMemoryClass(MA, CC))
2415         markMemoryUsersTouched(MA);
2416     }
2417   }
2418 }
2419
2420 void NewGVN::addPhiOfOps(PHINode *Op, BasicBlock *BB,
2421                          Instruction *ExistingValue) {
2422   InstrDFS[Op] = InstrToDFSNum(ExistingValue);
2423   AllTempInstructions.insert(Op);
2424   PHIOfOpsPHIs[BB].push_back(Op);
2425   TempToBlock[Op] = BB;
2426   if (ExistingValue)
2427     RealToTemp[ExistingValue] = Op;
2428 }
2429
2430 static bool okayForPHIOfOps(const Instruction *I) {
2431   return isa<BinaryOperator>(I) || isa<SelectInst>(I) || isa<CmpInst>(I) ||
2432          isa<LoadInst>(I);
2433 }
2434
2435 // When we see an instruction that is an op of phis, generate the equivalent phi
2436 // of ops form.
2437 const Expression *
2438 NewGVN::makePossiblePhiOfOps(Instruction *I,
2439                              SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) {
2440   if (!okayForPHIOfOps(I))
2441     return nullptr;
2442
2443   if (!Visited.insert(I).second)
2444     return nullptr;
2445   // For now, we require the instruction be cycle free because we don't
2446   // *always* create a phi of ops for instructions that could be done as phi
2447   // of ops, we only do it if we think it is useful.  If we did do it all the
2448   // time, we could remove the cycle free check.
2449   if (!isCycleFree(I))
2450     return nullptr;
2451
2452   unsigned IDFSNum = InstrToDFSNum(I);
2453   SmallPtrSet<const Value *, 8> ProcessedPHIs;
2454   // TODO: We don't do phi translation on memory accesses because it's
2455   // complicated. For a load, we'd need to be able to simulate a new memoryuse,
2456   // which we don't have a good way of doing ATM.
2457   auto *MemAccess = getMemoryAccess(I);
2458   // If the memory operation is defined by a memory operation this block that
2459   // isn't a MemoryPhi, transforming the pointer backwards through a scalar phi
2460   // can't help, as it would still be killed by that memory operation.
2461   if (MemAccess && !isa<MemoryPhi>(MemAccess->getDefiningAccess()) &&
2462       MemAccess->getDefiningAccess()->getBlock() == I->getParent())
2463     return nullptr;
2464
2465   // Convert op of phis to phi of ops
2466   for (auto &Op : I->operands()) {
2467     // TODO: We can't handle expressions that must be recursively translated
2468     // IE
2469     // a = phi (b, c)
2470     // f = use a
2471     // g = f + phi of something
2472     // To properly make a phi of ops for g, we'd have to properly translate and
2473     // use the instruction for f.  We should add this by splitting out the
2474     // instruction creation we do below.
2475     if (isa<Instruction>(Op) && PHINodeUses.count(cast<Instruction>(Op)))
2476       return nullptr;
2477     if (!isa<PHINode>(Op))
2478       continue;
2479     auto *OpPHI = cast<PHINode>(Op);
2480     // No point in doing this for one-operand phis.
2481     if (OpPHI->getNumOperands() == 1)
2482       continue;
2483     if (!DebugCounter::shouldExecute(PHIOfOpsCounter))
2484       return nullptr;
2485     SmallVector<std::pair<Value *, BasicBlock *>, 4> Ops;
2486     auto *PHIBlock = getBlockForValue(OpPHI);
2487     for (auto PredBB : OpPHI->blocks()) {
2488       Value *FoundVal = nullptr;
2489       // We could just skip unreachable edges entirely but it's tricky to do
2490       // with rewriting existing phi nodes.
2491       if (ReachableEdges.count({PredBB, PHIBlock})) {
2492         // Clone the instruction, create an expression from it, and see if we
2493         // have a leader.
2494         Instruction *ValueOp = I->clone();
2495         if (MemAccess)
2496           TempToMemory.insert({ValueOp, MemAccess});
2497
2498         for (auto &Op : ValueOp->operands()) {
2499           Op = Op->DoPHITranslation(PHIBlock, PredBB);
2500           // When this operand changes, it could change whether there is a
2501           // leader for us or not.
2502           addAdditionalUsers(Op, I);
2503         }
2504         // Make sure it's marked as a temporary instruction.
2505         AllTempInstructions.insert(ValueOp);
2506         // and make sure anything that tries to add it's DFS number is
2507         // redirected to the instruction we are making a phi of ops
2508         // for.
2509         InstrDFS.insert({ValueOp, IDFSNum});
2510         const Expression *E = performSymbolicEvaluation(ValueOp, Visited);
2511         InstrDFS.erase(ValueOp);
2512         AllTempInstructions.erase(ValueOp);
2513         ValueOp->deleteValue();
2514         if (MemAccess)
2515           TempToMemory.erase(ValueOp);
2516         if (!E)
2517           return nullptr;
2518         FoundVal = findPhiOfOpsLeader(E, PredBB);
2519         if (!FoundVal) {
2520           ExpressionToPhiOfOps[E].insert(I);
2521           return nullptr;
2522         }
2523         if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(FoundVal))
2524           FoundVal = SI->getValueOperand();
2525       } else {
2526         DEBUG(dbgs() << "Skipping phi of ops operand for incoming block "
2527                      << getBlockName(PredBB)
2528                      << " because the block is unreachable\n");
2529         FoundVal = UndefValue::get(I->getType());
2530       }
2531
2532       Ops.push_back({FoundVal, PredBB});
2533       DEBUG(dbgs() << "Found phi of ops operand " << *FoundVal << " in "
2534                    << getBlockName(PredBB) << "\n");
2535     }
2536     auto *ValuePHI = RealToTemp.lookup(I);
2537     bool NewPHI = false;
2538     if (!ValuePHI) {
2539       ValuePHI = PHINode::Create(I->getType(), OpPHI->getNumOperands());
2540       addPhiOfOps(ValuePHI, PHIBlock, I);
2541       NewPHI = true;
2542       NumGVNPHIOfOpsCreated++;
2543     }
2544     if (NewPHI) {
2545       for (auto PHIOp : Ops)
2546         ValuePHI->addIncoming(PHIOp.first, PHIOp.second);
2547     } else {
2548       unsigned int i = 0;
2549       for (auto PHIOp : Ops) {
2550         ValuePHI->setIncomingValue(i, PHIOp.first);
2551         ValuePHI->setIncomingBlock(i, PHIOp.second);
2552         ++i;
2553       }
2554     }
2555
2556     DEBUG(dbgs() << "Created phi of ops " << *ValuePHI << " for " << *I
2557                  << "\n");
2558     return performSymbolicEvaluation(ValuePHI, Visited);
2559   }
2560   return nullptr;
2561 }
2562
2563 // The algorithm initially places the values of the routine in the TOP
2564 // congruence class. The leader of TOP is the undetermined value `undef`.
2565 // When the algorithm has finished, values still in TOP are unreachable.
2566 void NewGVN::initializeCongruenceClasses(Function &F) {
2567   NextCongruenceNum = 0;
2568
2569   // Note that even though we use the live on entry def as a representative
2570   // MemoryAccess, it is *not* the same as the actual live on entry def. We
2571   // have no real equivalemnt to undef for MemoryAccesses, and so we really
2572   // should be checking whether the MemoryAccess is top if we want to know if it
2573   // is equivalent to everything.  Otherwise, what this really signifies is that
2574   // the access "it reaches all the way back to the beginning of the function"
2575
2576   // Initialize all other instructions to be in TOP class.
2577   TOPClass = createCongruenceClass(nullptr, nullptr);
2578   TOPClass->setMemoryLeader(MSSA->getLiveOnEntryDef());
2579   //  The live on entry def gets put into it's own class
2580   MemoryAccessToClass[MSSA->getLiveOnEntryDef()] =
2581       createMemoryClass(MSSA->getLiveOnEntryDef());
2582
2583   for (auto DTN : nodes(DT)) {
2584     BasicBlock *BB = DTN->getBlock();
2585     // All MemoryAccesses are equivalent to live on entry to start. They must
2586     // be initialized to something so that initial changes are noticed. For
2587     // the maximal answer, we initialize them all to be the same as
2588     // liveOnEntry.
2589     auto *MemoryBlockDefs = MSSA->getBlockDefs(BB);
2590     if (MemoryBlockDefs)
2591       for (const auto &Def : *MemoryBlockDefs) {
2592         MemoryAccessToClass[&Def] = TOPClass;
2593         auto *MD = dyn_cast<MemoryDef>(&Def);
2594         // Insert the memory phis into the member list.
2595         if (!MD) {
2596           const MemoryPhi *MP = cast<MemoryPhi>(&Def);
2597           TOPClass->memory_insert(MP);
2598           MemoryPhiState.insert({MP, MPS_TOP});
2599         }
2600
2601         if (MD && isa<StoreInst>(MD->getMemoryInst()))
2602           TOPClass->incStoreCount();
2603       }
2604     for (auto &I : *BB) {
2605       // TODO: Move to helper
2606       if (isa<PHINode>(&I))
2607         for (auto *U : I.users())
2608           if (auto *UInst = dyn_cast<Instruction>(U))
2609             if (InstrToDFSNum(UInst) != 0 && okayForPHIOfOps(UInst))
2610               PHINodeUses.insert(UInst);
2611       // Don't insert void terminators into the class. We don't value number
2612       // them, and they just end up sitting in TOP.
2613       if (isa<TerminatorInst>(I) && I.getType()->isVoidTy())
2614         continue;
2615       TOPClass->insert(&I);
2616       ValueToClass[&I] = TOPClass;
2617     }
2618   }
2619
2620   // Initialize arguments to be in their own unique congruence classes
2621   for (auto &FA : F.args())
2622     createSingletonCongruenceClass(&FA);
2623 }
2624
2625 void NewGVN::cleanupTables() {
2626   for (unsigned i = 0, e = CongruenceClasses.size(); i != e; ++i) {
2627     DEBUG(dbgs() << "Congruence class " << CongruenceClasses[i]->getID()
2628                  << " has " << CongruenceClasses[i]->size() << " members\n");
2629     // Make sure we delete the congruence class (probably worth switching to
2630     // a unique_ptr at some point.
2631     delete CongruenceClasses[i];
2632     CongruenceClasses[i] = nullptr;
2633   }
2634
2635   // Destroy the value expressions
2636   SmallVector<Instruction *, 8> TempInst(AllTempInstructions.begin(),
2637                                          AllTempInstructions.end());
2638   AllTempInstructions.clear();
2639
2640   // We have to drop all references for everything first, so there are no uses
2641   // left as we delete them.
2642   for (auto *I : TempInst) {
2643     I->dropAllReferences();
2644   }
2645
2646   while (!TempInst.empty()) {
2647     auto *I = TempInst.back();
2648     TempInst.pop_back();
2649     I->deleteValue();
2650   }
2651
2652   ValueToClass.clear();
2653   ArgRecycler.clear(ExpressionAllocator);
2654   ExpressionAllocator.Reset();
2655   CongruenceClasses.clear();
2656   ExpressionToClass.clear();
2657   ValueToExpression.clear();
2658   RealToTemp.clear();
2659   AdditionalUsers.clear();
2660   ExpressionToPhiOfOps.clear();
2661   TempToBlock.clear();
2662   TempToMemory.clear();
2663   PHIOfOpsPHIs.clear();
2664   ReachableBlocks.clear();
2665   ReachableEdges.clear();
2666 #ifndef NDEBUG
2667   ProcessedCount.clear();
2668 #endif
2669   InstrDFS.clear();
2670   InstructionsToErase.clear();
2671   DFSToInstr.clear();
2672   BlockInstRange.clear();
2673   TouchedInstructions.clear();
2674   MemoryAccessToClass.clear();
2675   PredicateToUsers.clear();
2676   MemoryToUsers.clear();
2677 }
2678
2679 // Assign local DFS number mapping to instructions, and leave space for Value
2680 // PHI's.
2681 std::pair<unsigned, unsigned> NewGVN::assignDFSNumbers(BasicBlock *B,
2682                                                        unsigned Start) {
2683   unsigned End = Start;
2684   if (MemoryAccess *MemPhi = getMemoryAccess(B)) {
2685     InstrDFS[MemPhi] = End++;
2686     DFSToInstr.emplace_back(MemPhi);
2687   }
2688
2689   // Then the real block goes next.
2690   for (auto &I : *B) {
2691     // There's no need to call isInstructionTriviallyDead more than once on
2692     // an instruction. Therefore, once we know that an instruction is dead
2693     // we change its DFS number so that it doesn't get value numbered.
2694     if (isInstructionTriviallyDead(&I, TLI)) {
2695       InstrDFS[&I] = 0;
2696       DEBUG(dbgs() << "Skipping trivially dead instruction " << I << "\n");
2697       markInstructionForDeletion(&I);
2698       continue;
2699     }
2700     InstrDFS[&I] = End++;
2701     DFSToInstr.emplace_back(&I);
2702   }
2703
2704   // All of the range functions taken half-open ranges (open on the end side).
2705   // So we do not subtract one from count, because at this point it is one
2706   // greater than the last instruction.
2707   return std::make_pair(Start, End);
2708 }
2709
2710 void NewGVN::updateProcessedCount(const Value *V) {
2711 #ifndef NDEBUG
2712   if (ProcessedCount.count(V) == 0) {
2713     ProcessedCount.insert({V, 1});
2714   } else {
2715     ++ProcessedCount[V];
2716     assert(ProcessedCount[V] < 100 &&
2717            "Seem to have processed the same Value a lot");
2718   }
2719 #endif
2720 }
2721 // Evaluate MemoryPhi nodes symbolically, just like PHI nodes
2722 void NewGVN::valueNumberMemoryPhi(MemoryPhi *MP) {
2723   // If all the arguments are the same, the MemoryPhi has the same value as the
2724   // argument.  Filter out unreachable blocks and self phis from our operands.
2725   // TODO: We could do cycle-checking on the memory phis to allow valueizing for
2726   // self-phi checking.
2727   const BasicBlock *PHIBlock = MP->getBlock();
2728   auto Filtered = make_filter_range(MP->operands(), [&](const Use &U) {
2729     return cast<MemoryAccess>(U) != MP &&
2730            !isMemoryAccessTOP(cast<MemoryAccess>(U)) &&
2731            ReachableEdges.count({MP->getIncomingBlock(U), PHIBlock});
2732   });
2733   // If all that is left is nothing, our memoryphi is undef. We keep it as
2734   // InitialClass.  Note: The only case this should happen is if we have at
2735   // least one self-argument.
2736   if (Filtered.begin() == Filtered.end()) {
2737     if (setMemoryClass(MP, TOPClass))
2738       markMemoryUsersTouched(MP);
2739     return;
2740   }
2741
2742   // Transform the remaining operands into operand leaders.
2743   // FIXME: mapped_iterator should have a range version.
2744   auto LookupFunc = [&](const Use &U) {
2745     return lookupMemoryLeader(cast<MemoryAccess>(U));
2746   };
2747   auto MappedBegin = map_iterator(Filtered.begin(), LookupFunc);
2748   auto MappedEnd = map_iterator(Filtered.end(), LookupFunc);
2749
2750   // and now check if all the elements are equal.
2751   // Sadly, we can't use std::equals since these are random access iterators.
2752   const auto *AllSameValue = *MappedBegin;
2753   ++MappedBegin;
2754   bool AllEqual = std::all_of(
2755       MappedBegin, MappedEnd,
2756       [&AllSameValue](const MemoryAccess *V) { return V == AllSameValue; });
2757
2758   if (AllEqual)
2759     DEBUG(dbgs() << "Memory Phi value numbered to " << *AllSameValue << "\n");
2760   else
2761     DEBUG(dbgs() << "Memory Phi value numbered to itself\n");
2762   // If it's equal to something, it's in that class. Otherwise, it has to be in
2763   // a class where it is the leader (other things may be equivalent to it, but
2764   // it needs to start off in its own class, which means it must have been the
2765   // leader, and it can't have stopped being the leader because it was never
2766   // removed).
2767   CongruenceClass *CC =
2768       AllEqual ? getMemoryClass(AllSameValue) : ensureLeaderOfMemoryClass(MP);
2769   auto OldState = MemoryPhiState.lookup(MP);
2770   assert(OldState != MPS_Invalid && "Invalid memory phi state");
2771   auto NewState = AllEqual ? MPS_Equivalent : MPS_Unique;
2772   MemoryPhiState[MP] = NewState;
2773   if (setMemoryClass(MP, CC) || OldState != NewState)
2774     markMemoryUsersTouched(MP);
2775 }
2776
2777 // Value number a single instruction, symbolically evaluating, performing
2778 // congruence finding, and updating mappings.
2779 void NewGVN::valueNumberInstruction(Instruction *I) {
2780   DEBUG(dbgs() << "Processing instruction " << *I << "\n");
2781   if (!I->isTerminator()) {
2782     const Expression *Symbolized = nullptr;
2783     SmallPtrSet<Value *, 2> Visited;
2784     if (DebugCounter::shouldExecute(VNCounter)) {
2785       Symbolized = performSymbolicEvaluation(I, Visited);
2786       // Make a phi of ops if necessary
2787       if (Symbolized && !isa<ConstantExpression>(Symbolized) &&
2788           !isa<VariableExpression>(Symbolized) && PHINodeUses.count(I)) {
2789         auto *PHIE = makePossiblePhiOfOps(I, Visited);
2790         if (PHIE)
2791           Symbolized = PHIE;
2792       }
2793
2794     } else {
2795       // Mark the instruction as unused so we don't value number it again.
2796       InstrDFS[I] = 0;
2797     }
2798     // If we couldn't come up with a symbolic expression, use the unknown
2799     // expression
2800     if (Symbolized == nullptr)
2801       Symbolized = createUnknownExpression(I);
2802     performCongruenceFinding(I, Symbolized);
2803   } else {
2804     // Handle terminators that return values. All of them produce values we
2805     // don't currently understand.  We don't place non-value producing
2806     // terminators in a class.
2807     if (!I->getType()->isVoidTy()) {
2808       auto *Symbolized = createUnknownExpression(I);
2809       performCongruenceFinding(I, Symbolized);
2810     }
2811     processOutgoingEdges(dyn_cast<TerminatorInst>(I), I->getParent());
2812   }
2813 }
2814
2815 // Check if there is a path, using single or equal argument phi nodes, from
2816 // First to Second.
2817 bool NewGVN::singleReachablePHIPath(
2818     SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> &Visited, const MemoryAccess *First,
2819     const MemoryAccess *Second) const {
2820   if (First == Second)
2821     return true;
2822   if (MSSA->isLiveOnEntryDef(First))
2823     return false;
2824
2825   // This is not perfect, but as we're just verifying here, we can live with
2826   // the loss of precision. The real solution would be that of doing strongly
2827   // connected component finding in this routine, and it's probably not worth
2828   // the complexity for the time being. So, we just keep a set of visited
2829   // MemoryAccess and return true when we hit a cycle.
2830   if (Visited.count(First))
2831     return true;
2832   Visited.insert(First);
2833
2834   const auto *EndDef = First;
2835   for (auto *ChainDef : optimized_def_chain(First)) {
2836     if (ChainDef == Second)
2837       return true;
2838     if (MSSA->isLiveOnEntryDef(ChainDef))
2839       return false;
2840     EndDef = ChainDef;
2841   }
2842   auto *MP = cast<MemoryPhi>(EndDef);
2843   auto ReachableOperandPred = [&](const Use &U) {
2844     return ReachableEdges.count({MP->getIncomingBlock(U), MP->getBlock()});
2845   };
2846   auto FilteredPhiArgs =
2847       make_filter_range(MP->operands(), ReachableOperandPred);
2848   SmallVector<const Value *, 32> OperandList;
2849   std::copy(FilteredPhiArgs.begin(), FilteredPhiArgs.end(),
2850             std::back_inserter(OperandList));
2851   bool Okay = OperandList.size() == 1;
2852   if (!Okay)
2853     Okay =
2854         std::equal(OperandList.begin(), OperandList.end(), OperandList.begin());
2855   if (Okay)
2856     return singleReachablePHIPath(Visited, cast<MemoryAccess>(OperandList[0]),
2857                                   Second);
2858   return false;
2859 }
2860
2861 // Verify the that the memory equivalence table makes sense relative to the
2862 // congruence classes.  Note that this checking is not perfect, and is currently
2863 // subject to very rare false negatives. It is only useful for
2864 // testing/debugging.
2865 void NewGVN::verifyMemoryCongruency() const {
2866 #ifndef NDEBUG
2867   // Verify that the memory table equivalence and memory member set match
2868   for (const auto *CC : CongruenceClasses) {
2869     if (CC == TOPClass || CC->isDead())
2870       continue;
2871     if (CC->getStoreCount() != 0) {
2872       assert((CC->getStoredValue() || !isa<StoreInst>(CC->getLeader())) &&
2873              "Any class with a store as a leader should have a "
2874              "representative stored value");
2875       assert(CC->getMemoryLeader() &&
2876              "Any congruence class with a store should have a "
2877              "representative access");
2878     }
2879
2880     if (CC->getMemoryLeader())
2881       assert(MemoryAccessToClass.lookup(CC->getMemoryLeader()) == CC &&
2882              "Representative MemoryAccess does not appear to be reverse "
2883              "mapped properly");
2884     for (auto M : CC->memory())
2885       assert(MemoryAccessToClass.lookup(M) == CC &&
2886              "Memory member does not appear to be reverse mapped properly");
2887   }
2888
2889   // Anything equivalent in the MemoryAccess table should be in the same
2890   // congruence class.
2891
2892   // Filter out the unreachable and trivially dead entries, because they may
2893   // never have been updated if the instructions were not processed.
2894   auto ReachableAccessPred =
2895       [&](const std::pair<const MemoryAccess *, CongruenceClass *> Pair) {
2896         bool Result = ReachableBlocks.count(Pair.first->getBlock());
2897         if (!Result || MSSA->isLiveOnEntryDef(Pair.first) ||
2898             MemoryToDFSNum(Pair.first) == 0)
2899           return false;
2900         if (auto *MemDef = dyn_cast<MemoryDef>(Pair.first))
2901           return !isInstructionTriviallyDead(MemDef->getMemoryInst());
2902
2903         // We could have phi nodes which operands are all trivially dead,
2904         // so we don't process them.
2905         if (auto *MemPHI = dyn_cast<MemoryPhi>(Pair.first)) {
2906           for (auto &U : MemPHI->incoming_values()) {
2907             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(U.get())) {
2908               if (!isInstructionTriviallyDead(I))
2909                 return true;
2910             }
2911           }
2912           return false;
2913         }
2914
2915         return true;
2916       };
2917
2918   auto Filtered = make_filter_range(MemoryAccessToClass, ReachableAccessPred);
2919   for (auto KV : Filtered) {
2920     if (auto *FirstMUD = dyn_cast<MemoryUseOrDef>(KV.first)) {
2921       auto *SecondMUD = dyn_cast<MemoryUseOrDef>(KV.second->getMemoryLeader());
2922       if (FirstMUD && SecondMUD) {
2923         SmallPtrSet<const MemoryAccess *, 8> VisitedMAS;
2924         assert((singleReachablePHIPath(VisitedMAS, FirstMUD, SecondMUD) ||
2925                 ValueToClass.lookup(FirstMUD->getMemoryInst()) ==
2926                     ValueToClass.lookup(SecondMUD->getMemoryInst())) &&
2927                "The instructions for these memory operations should have "
2928                "been in the same congruence class or reachable through"
2929                "a single argument phi");
2930       }
2931     } else if (auto *FirstMP = dyn_cast<MemoryPhi>(KV.first)) {
2932       // We can only sanely verify that MemoryDefs in the operand list all have
2933       // the same class.
2934       auto ReachableOperandPred = [&](const Use &U) {
2935         return ReachableEdges.count(
2936                    {FirstMP->getIncomingBlock(U), FirstMP->getBlock()}) &&
2937                isa<MemoryDef>(U);
2938
2939       };
2940       // All arguments should in the same class, ignoring unreachable arguments
2941       auto FilteredPhiArgs =
2942           make_filter_range(FirstMP->operands(), ReachableOperandPred);
2943       SmallVector<const CongruenceClass *, 16> PhiOpClasses;
2944       std::transform(FilteredPhiArgs.begin(), FilteredPhiArgs.end(),
2945                      std::back_inserter(PhiOpClasses), [&](const Use &U) {
2946                        const MemoryDef *MD = cast<MemoryDef>(U);
2947                        return ValueToClass.lookup(MD->getMemoryInst());
2948                      });
2949       assert(std::equal(PhiOpClasses.begin(), PhiOpClasses.end(),
2950                         PhiOpClasses.begin()) &&
2951              "All MemoryPhi arguments should be in the same class");
2952     }
2953   }
2954 #endif
2955 }
2956
2957 // Verify that the sparse propagation we did actually found the maximal fixpoint
2958 // We do this by storing the value to class mapping, touching all instructions,
2959 // and redoing the iteration to see if anything changed.
2960 void NewGVN::verifyIterationSettled(Function &F) {
2961 #ifndef NDEBUG
2962   DEBUG(dbgs() << "Beginning iteration verification\n");
2963   if (DebugCounter::isCounterSet(VNCounter))
2964     DebugCounter::setCounterValue(VNCounter, StartingVNCounter);
2965
2966   // Note that we have to store the actual classes, as we may change existing
2967   // classes during iteration.  This is because our memory iteration propagation
2968   // is not perfect, and so may waste a little work.  But it should generate
2969   // exactly the same congruence classes we have now, with different IDs.
2970   std::map<const Value *, CongruenceClass> BeforeIteration;
2971
2972   for (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     BeforeIteration.insert({KV.first, *KV.second});
2978   }
2979
2980   TouchedInstructions.set();
2981   TouchedInstructions.reset(0);
2982   iterateTouchedInstructions();
2983   DenseSet<std::pair<const CongruenceClass *, const CongruenceClass *>>
2984       EqualClasses;
2985   for (const auto &KV : ValueToClass) {
2986     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(KV.first))
2987       // Skip unused/dead instructions.
2988       if (InstrToDFSNum(I) == 0)
2989         continue;
2990     // We could sink these uses, but i think this adds a bit of clarity here as
2991     // to what we are comparing.
2992     auto *BeforeCC = &BeforeIteration.find(KV.first)->second;
2993     auto *AfterCC = KV.second;
2994     // Note that the classes can't change at this point, so we memoize the set
2995     // that are equal.
2996     if (!EqualClasses.count({BeforeCC, AfterCC})) {
2997       assert(BeforeCC->isEquivalentTo(AfterCC) &&
2998              "Value number changed after main loop completed!");
2999       EqualClasses.insert({BeforeCC, AfterCC});
3000     }
3001   }
3002 #endif
3003 }
3004
3005 // Verify that for each store expression in the expression to class mapping,
3006 // only the latest appears, and multiple ones do not appear.
3007 // Because loads do not use the stored value when doing equality with stores,
3008 // if we don't erase the old store expressions from the table, a load can find
3009 // a no-longer valid StoreExpression.
3010 void NewGVN::verifyStoreExpressions() const {
3011 #ifndef NDEBUG
3012   // This is the only use of this, and it's not worth defining a complicated
3013   // densemapinfo hash/equality function for it.
3014   std::set<
3015       std::pair<const Value *,
3016                 std::tuple<const Value *, const CongruenceClass *, Value *>>>
3017       StoreExpressionSet;
3018   for (const auto &KV : ExpressionToClass) {
3019     if (auto *SE = dyn_cast<StoreExpression>(KV.first)) {
3020       // Make sure a version that will conflict with loads is not already there
3021       auto Res = StoreExpressionSet.insert(
3022           {SE->getOperand(0), std::make_tuple(SE->getMemoryLeader(), KV.second,
3023                                               SE->getStoredValue())});
3024       bool Okay = Res.second;
3025       // It's okay to have the same expression already in there if it is
3026       // identical in nature.
3027       // This can happen when the leader of the stored value changes over time.
3028       if (!Okay)
3029         Okay = (std::get<1>(Res.first->second) == KV.second) &&
3030                (lookupOperandLeader(std::get<2>(Res.first->second)) ==
3031                 lookupOperandLeader(SE->getStoredValue()));
3032       assert(Okay && "Stored expression conflict exists in expression table");
3033       auto *ValueExpr = ValueToExpression.lookup(SE->getStoreInst());
3034       assert(ValueExpr && ValueExpr->equals(*SE) &&
3035              "StoreExpression in ExpressionToClass is not latest "
3036              "StoreExpression for value");
3037     }
3038   }
3039 #endif
3040 }
3041
3042 // This is the main value numbering loop, it iterates over the initial touched
3043 // instruction set, propagating value numbers, marking things touched, etc,
3044 // until the set of touched instructions is completely empty.
3045 void NewGVN::iterateTouchedInstructions() {
3046   unsigned int Iterations = 0;
3047   // Figure out where touchedinstructions starts
3048   int FirstInstr = TouchedInstructions.find_first();
3049   // Nothing set, nothing to iterate, just return.
3050   if (FirstInstr == -1)
3051     return;
3052   const BasicBlock *LastBlock = getBlockForValue(InstrFromDFSNum(FirstInstr));
3053   while (TouchedInstructions.any()) {
3054     ++Iterations;
3055     // Walk through all the instructions in all the blocks in RPO.
3056     // TODO: As we hit a new block, we should push and pop equalities into a
3057     // table lookupOperandLeader can use, to catch things PredicateInfo
3058     // might miss, like edge-only equivalences.
3059     for (unsigned InstrNum : TouchedInstructions.set_bits()) {
3060
3061       // This instruction was found to be dead. We don't bother looking
3062       // at it again.
3063       if (InstrNum == 0) {
3064         TouchedInstructions.reset(InstrNum);
3065         continue;
3066       }
3067
3068       Value *V = InstrFromDFSNum(InstrNum);
3069       const BasicBlock *CurrBlock = getBlockForValue(V);
3070
3071       // If we hit a new block, do reachability processing.
3072       if (CurrBlock != LastBlock) {
3073         LastBlock = CurrBlock;
3074         bool BlockReachable = ReachableBlocks.count(CurrBlock);
3075         const auto &CurrInstRange = BlockInstRange.lookup(CurrBlock);
3076
3077         // If it's not reachable, erase any touched instructions and move on.
3078         if (!BlockReachable) {
3079           TouchedInstructions.reset(CurrInstRange.first, CurrInstRange.second);
3080           DEBUG(dbgs() << "Skipping instructions in block "
3081                        << getBlockName(CurrBlock)
3082                        << " because it is unreachable\n");
3083           continue;
3084         }
3085         updateProcessedCount(CurrBlock);
3086       }
3087       // Reset after processing (because we may mark ourselves as touched when
3088       // we propagate equalities).
3089       TouchedInstructions.reset(InstrNum);
3090
3091       if (auto *MP = dyn_cast<MemoryPhi>(V)) {
3092         DEBUG(dbgs() << "Processing MemoryPhi " << *MP << "\n");
3093         valueNumberMemoryPhi(MP);
3094       } else if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
3095         valueNumberInstruction(I);
3096       } else {
3097         llvm_unreachable("Should have been a MemoryPhi or Instruction");
3098       }
3099       updateProcessedCount(V);
3100     }
3101   }
3102   NumGVNMaxIterations = std::max(NumGVNMaxIterations.getValue(), Iterations);
3103 }
3104
3105 // This is the main transformation entry point.
3106 bool NewGVN::runGVN() {
3107   if (DebugCounter::isCounterSet(VNCounter))
3108     StartingVNCounter = DebugCounter::getCounterValue(VNCounter);
3109   bool Changed = false;
3110   NumFuncArgs = F.arg_size();
3111   MSSAWalker = MSSA->getWalker();
3112   SingletonDeadExpression = new (ExpressionAllocator) DeadExpression();
3113
3114   // Count number of instructions for sizing of hash tables, and come
3115   // up with a global dfs numbering for instructions.
3116   unsigned ICount = 1;
3117   // Add an empty instruction to account for the fact that we start at 1
3118   DFSToInstr.emplace_back(nullptr);
3119   // Note: We want ideal RPO traversal of the blocks, which is not quite the
3120   // same as dominator tree order, particularly with regard whether backedges
3121   // get visited first or second, given a block with multiple successors.
3122   // If we visit in the wrong order, we will end up performing N times as many
3123   // iterations.
3124   // The dominator tree does guarantee that, for a given dom tree node, it's
3125   // parent must occur before it in the RPO ordering. Thus, we only need to sort
3126   // the siblings.
3127   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
3128   unsigned Counter = 0;
3129   for (auto &B : RPOT) {
3130     auto *Node = DT->getNode(B);
3131     assert(Node && "RPO and Dominator tree should have same reachability");
3132     RPOOrdering[Node] = ++Counter;
3133   }
3134   // Sort dominator tree children arrays into RPO.
3135   for (auto &B : RPOT) {
3136     auto *Node = DT->getNode(B);
3137     if (Node->getChildren().size() > 1)
3138       std::sort(Node->begin(), Node->end(),
3139                 [&](const DomTreeNode *A, const DomTreeNode *B) {
3140                   return RPOOrdering[A] < RPOOrdering[B];
3141                 });
3142   }
3143
3144   // Now a standard depth first ordering of the domtree is equivalent to RPO.
3145   for (auto DTN : depth_first(DT->getRootNode())) {
3146     BasicBlock *B = DTN->getBlock();
3147     const auto &BlockRange = assignDFSNumbers(B, ICount);
3148     BlockInstRange.insert({B, BlockRange});
3149     ICount += BlockRange.second - BlockRange.first;
3150   }
3151   initializeCongruenceClasses(F);
3152
3153   TouchedInstructions.resize(ICount);
3154   // Ensure we don't end up resizing the expressionToClass map, as
3155   // that can be quite expensive. At most, we have one expression per
3156   // instruction.
3157   ExpressionToClass.reserve(ICount);
3158
3159   // Initialize the touched instructions to include the entry block.
3160   const auto &InstRange = BlockInstRange.lookup(&F.getEntryBlock());
3161   TouchedInstructions.set(InstRange.first, InstRange.second);
3162   DEBUG(dbgs() << "Block " << getBlockName(&F.getEntryBlock())
3163                << " marked reachable\n");
3164   ReachableBlocks.insert(&F.getEntryBlock());
3165
3166   iterateTouchedInstructions();
3167   verifyMemoryCongruency();
3168   verifyIterationSettled(F);
3169   verifyStoreExpressions();
3170
3171   Changed |= eliminateInstructions(F);
3172
3173   // Delete all instructions marked for deletion.
3174   for (Instruction *ToErase : InstructionsToErase) {
3175     if (!ToErase->use_empty())
3176       ToErase->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(ToErase->getType()));
3177
3178     if (ToErase->getParent())
3179       ToErase->eraseFromParent();
3180   }
3181
3182   // Delete all unreachable blocks.
3183   auto UnreachableBlockPred = [&](const BasicBlock &BB) {
3184     return !ReachableBlocks.count(&BB);
3185   };
3186
3187   for (auto &BB : make_filter_range(F, UnreachableBlockPred)) {
3188     DEBUG(dbgs() << "We believe block " << getBlockName(&BB)
3189                  << " is unreachable\n");
3190     deleteInstructionsInBlock(&BB);
3191     Changed = true;
3192   }
3193
3194   cleanupTables();
3195   return Changed;
3196 }
3197
3198 struct NewGVN::ValueDFS {
3199   int DFSIn = 0;
3200   int DFSOut = 0;
3201   int LocalNum = 0;
3202   // Only one of Def and U will be set.
3203   // The bool in the Def tells us whether the Def is the stored value of a
3204   // store.
3205   PointerIntPair<Value *, 1, bool> Def;
3206   Use *U = nullptr;
3207   bool operator<(const ValueDFS &Other) const {
3208     // It's not enough that any given field be less than - we have sets
3209     // of fields that need to be evaluated together to give a proper ordering.
3210     // For example, if you have;
3211     // DFS (1, 3)
3212     // Val 0
3213     // DFS (1, 2)
3214     // Val 50
3215     // We want the second to be less than the first, but if we just go field
3216     // by field, we will get to Val 0 < Val 50 and say the first is less than
3217     // the second. We only want it to be less than if the DFS orders are equal.
3218     //
3219     // Each LLVM instruction only produces one value, and thus the lowest-level
3220     // differentiator that really matters for the stack (and what we use as as a
3221     // replacement) is the local dfs number.
3222     // Everything else in the structure is instruction level, and only affects
3223     // the order in which we will replace operands of a given instruction.
3224     //
3225     // For a given instruction (IE things with equal dfsin, dfsout, localnum),
3226     // the order of replacement of uses does not matter.
3227     // IE given,
3228     //  a = 5
3229     //  b = a + a
3230     // When you hit b, you will have two valuedfs with the same dfsin, out, and
3231     // localnum.
3232     // The .val will be the same as well.
3233     // The .u's will be different.
3234     // You will replace both, and it does not matter what order you replace them
3235     // in (IE whether you replace operand 2, then operand 1, or operand 1, then
3236     // operand 2).
3237     // Similarly for the case of same dfsin, dfsout, localnum, but different
3238     // .val's
3239     //  a = 5
3240     //  b  = 6
3241     //  c = a + b
3242     // in c, we will a valuedfs for a, and one for b,with everything the same
3243     // but .val  and .u.
3244     // It does not matter what order we replace these operands in.
3245     // You will always end up with the same IR, and this is guaranteed.
3246     return std::tie(DFSIn, DFSOut, LocalNum, Def, U) <
3247            std::tie(Other.DFSIn, Other.DFSOut, Other.LocalNum, Other.Def,
3248                     Other.U);
3249   }
3250 };
3251
3252 // This function converts the set of members for a congruence class from values,
3253 // to sets of defs and uses with associated DFS info.  The total number of
3254 // reachable uses for each value is stored in UseCount, and instructions that
3255 // seem
3256 // dead (have no non-dead uses) are stored in ProbablyDead.
3257 void NewGVN::convertClassToDFSOrdered(
3258     const CongruenceClass &Dense, SmallVectorImpl<ValueDFS> &DFSOrderedSet,
3259     DenseMap<const Value *, unsigned int> &UseCounts,
3260     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ProbablyDead) const {
3261   for (auto D : Dense) {
3262     // First add the value.
3263     BasicBlock *BB = getBlockForValue(D);
3264     // Constants are handled prior to ever calling this function, so
3265     // we should only be left with instructions as members.
3266     assert(BB && "Should have figured out a basic block for value");
3267     ValueDFS VDDef;
3268     DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
3269     VDDef.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3270     VDDef.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3271     // If it's a store, use the leader of the value operand, if it's always
3272     // available, or the value operand.  TODO: We could do dominance checks to
3273     // find a dominating leader, but not worth it ATM.
3274     if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(D)) {
3275       auto Leader = lookupOperandLeader(SI->getValueOperand());
3276       if (alwaysAvailable(Leader)) {
3277         VDDef.Def.setPointer(Leader);
3278       } else {
3279         VDDef.Def.setPointer(SI->getValueOperand());
3280         VDDef.Def.setInt(true);
3281       }
3282     } else {
3283       VDDef.Def.setPointer(D);
3284     }
3285     assert(isa<Instruction>(D) &&
3286            "The dense set member should always be an instruction");
3287     Instruction *Def = cast<Instruction>(D);
3288     VDDef.LocalNum = InstrToDFSNum(D);
3289     DFSOrderedSet.push_back(VDDef);
3290     // If there is a phi node equivalent, add it
3291     if (auto *PN = RealToTemp.lookup(Def)) {
3292       auto *PHIE =
3293           dyn_cast_or_null<PHIExpression>(ValueToExpression.lookup(Def));
3294       if (PHIE) {
3295         VDDef.Def.setInt(false);
3296         VDDef.Def.setPointer(PN);
3297         VDDef.LocalNum = 0;
3298         DFSOrderedSet.push_back(VDDef);
3299       }
3300     }
3301
3302     unsigned int UseCount = 0;
3303     // Now add the uses.
3304     for (auto &U : Def->uses()) {
3305       if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(U.getUser())) {
3306         // Don't try to replace into dead uses
3307         if (InstructionsToErase.count(I))
3308           continue;
3309         ValueDFS VDUse;
3310         // Put the phi node uses in the incoming block.
3311         BasicBlock *IBlock;
3312         if (auto *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3313           IBlock = P->getIncomingBlock(U);
3314           // Make phi node users appear last in the incoming block
3315           // they are from.
3316           VDUse.LocalNum = InstrDFS.size() + 1;
3317         } else {
3318           IBlock = getBlockForValue(I);
3319           VDUse.LocalNum = InstrToDFSNum(I);
3320         }
3321
3322         // Skip uses in unreachable blocks, as we're going
3323         // to delete them.
3324         if (ReachableBlocks.count(IBlock) == 0)
3325           continue;
3326
3327         DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(IBlock);
3328         VDUse.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3329         VDUse.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3330         VDUse.U = &U;
3331         ++UseCount;
3332         DFSOrderedSet.emplace_back(VDUse);
3333       }
3334     }
3335
3336     // If there are no uses, it's probably dead (but it may have side-effects,
3337     // so not definitely dead. Otherwise, store the number of uses so we can
3338     // track if it becomes dead later).
3339     if (UseCount == 0)
3340       ProbablyDead.insert(Def);
3341     else
3342       UseCounts[Def] = UseCount;
3343   }
3344 }
3345
3346 // This function converts the set of members for a congruence class from values,
3347 // to the set of defs for loads and stores, with associated DFS info.
3348 void NewGVN::convertClassToLoadsAndStores(
3349     const CongruenceClass &Dense,
3350     SmallVectorImpl<ValueDFS> &LoadsAndStores) const {
3351   for (auto D : Dense) {
3352     if (!isa<LoadInst>(D) && !isa<StoreInst>(D))
3353       continue;
3354
3355     BasicBlock *BB = getBlockForValue(D);
3356     ValueDFS VD;
3357     DomTreeNode *DomNode = DT->getNode(BB);
3358     VD.DFSIn = DomNode->getDFSNumIn();
3359     VD.DFSOut = DomNode->getDFSNumOut();
3360     VD.Def.setPointer(D);
3361
3362     // If it's an instruction, use the real local dfs number.
3363     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(D))
3364       VD.LocalNum = InstrToDFSNum(I);
3365     else
3366       llvm_unreachable("Should have been an instruction");
3367
3368     LoadsAndStores.emplace_back(VD);
3369   }
3370 }
3371
3372 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
3373   auto *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl);
3374   if (!ReplInst)
3375     return;
3376
3377   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
3378   // being replaced.
3379   // Note that if 'I' is a load being replaced by some operation,
3380   // for example, by an arithmetic operation, then andIRFlags()
3381   // would just erase all math flags from the original arithmetic
3382   // operation, which is clearly not wanted and not needed.
3383   if (!isa<LoadInst>(I))
3384     ReplInst->andIRFlags(I);
3385
3386   // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
3387   // same control-flow region (meaning that the execution of one
3388   // guarantees the execution of the other), then we can combine the
3389   // noalias scopes here and do better than the general conservative
3390   // answer used in combineMetadata().
3391
3392   // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
3393   // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
3394   // scopes.
3395   static const unsigned KnownIDs[] = {
3396       LLVMContext::MD_tbaa,           LLVMContext::MD_alias_scope,
3397       LLVMContext::MD_noalias,        LLVMContext::MD_range,
3398       LLVMContext::MD_fpmath,         LLVMContext::MD_invariant_load,
3399       LLVMContext::MD_invariant_group};
3400   combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
3401 }
3402
3403 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
3404   patchReplacementInstruction(I, Repl);
3405   I->replaceAllUsesWith(Repl);
3406 }
3407
3408 void NewGVN::deleteInstructionsInBlock(BasicBlock *BB) {
3409   DEBUG(dbgs() << "  BasicBlock Dead:" << *BB);
3410   ++NumGVNBlocksDeleted;
3411
3412   // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of having
3413   // to update as many def-use and use-def chains. Start after the terminator.
3414   auto StartPoint = BB->rbegin();
3415   ++StartPoint;
3416   // Note that we explicitly recalculate BB->rend() on each iteration,
3417   // as it may change when we remove the first instruction.
3418   for (BasicBlock::reverse_iterator I(StartPoint); I != BB->rend();) {
3419     Instruction &Inst = *I++;
3420     if (!Inst.use_empty())
3421       Inst.replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst.getType()));
3422     if (isa<LandingPadInst>(Inst))
3423       continue;
3424
3425     Inst.eraseFromParent();
3426     ++NumGVNInstrDeleted;
3427   }
3428   // Now insert something that simplifycfg will turn into an unreachable.
3429   Type *Int8Ty = Type::getInt8Ty(BB->getContext());
3430   new StoreInst(UndefValue::get(Int8Ty),
3431                 Constant::getNullValue(Int8Ty->getPointerTo()),
3432                 BB->getTerminator());
3433 }
3434
3435 void NewGVN::markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
3436   DEBUG(dbgs() << "Marking " << *I << " for deletion\n");
3437   InstructionsToErase.insert(I);
3438 }
3439
3440 void NewGVN::replaceInstruction(Instruction *I, Value *V) {
3441
3442   DEBUG(dbgs() << "Replacing " << *I << " with " << *V << "\n");
3443   patchAndReplaceAllUsesWith(I, V);
3444   // We save the actual erasing to avoid invalidating memory
3445   // dependencies until we are done with everything.
3446   markInstructionForDeletion(I);
3447 }
3448
3449 namespace {
3450
3451 // This is a stack that contains both the value and dfs info of where
3452 // that value is valid.
3453 class ValueDFSStack {
3454 public:
3455   Value *back() const { return ValueStack.back(); }
3456   std::pair<int, int> dfs_back() const { return DFSStack.back(); }
3457
3458   void push_back(Value *V, int DFSIn, int DFSOut) {
3459     ValueStack.emplace_back(V);
3460     DFSStack.emplace_back(DFSIn, DFSOut);
3461   }
3462   bool empty() const { return DFSStack.empty(); }
3463   bool isInScope(int DFSIn, int DFSOut) const {
3464     if (empty())
3465       return false;
3466     return DFSIn >= DFSStack.back().first && DFSOut <= DFSStack.back().second;
3467   }
3468
3469   void popUntilDFSScope(int DFSIn, int DFSOut) {
3470
3471     // These two should always be in sync at this point.
3472     assert(ValueStack.size() == DFSStack.size() &&
3473            "Mismatch between ValueStack and DFSStack");
3474     while (
3475         !DFSStack.empty() &&
3476         !(DFSIn >= DFSStack.back().first && DFSOut <= DFSStack.back().second)) {
3477       DFSStack.pop_back();
3478       ValueStack.pop_back();
3479     }
3480   }
3481
3482 private:
3483   SmallVector<Value *, 8> ValueStack;
3484   SmallVector<std::pair<int, int>, 8> DFSStack;
3485 };
3486 }
3487
3488 // Given a value and a basic block we are trying to see if it is available in,
3489 // see if the value has a leader available in that block.
3490 Value *NewGVN::findPhiOfOpsLeader(const Expression *E,
3491                                   const BasicBlock *BB) const {
3492   // It would already be constant if we could make it constant
3493   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpression>(E))
3494     return CE->getConstantValue();
3495   if (auto *VE = dyn_cast<VariableExpression>(E))
3496     return VE->getVariableValue();
3497
3498   auto *CC = ExpressionToClass.lookup(E);
3499   if (!CC)
3500     return nullptr;
3501   if (alwaysAvailable(CC->getLeader()))
3502     return CC->getLeader();
3503
3504   for (auto Member : *CC) {
3505     auto *MemberInst = dyn_cast<Instruction>(Member);
3506     // Anything that isn't an instruction is always available.
3507     if (!MemberInst)
3508       return Member;
3509     // If we are looking for something in the same block as the member, it must
3510     // be a leader because this function is looking for operands for a phi node.
3511     if (MemberInst->getParent() == BB ||
3512         DT->dominates(MemberInst->getParent(), BB)) {
3513       return Member;
3514     }
3515   }
3516   return nullptr;
3517 }
3518
3519 bool NewGVN::eliminateInstructions(Function &F) {
3520   // This is a non-standard eliminator. The normal way to eliminate is
3521   // to walk the dominator tree in order, keeping track of available
3522   // values, and eliminating them.  However, this is mildly
3523   // pointless. It requires doing lookups on every instruction,
3524   // regardless of whether we will ever eliminate it.  For
3525   // instructions part of most singleton congruence classes, we know we
3526   // will never eliminate them.
3527
3528   // Instead, this eliminator looks at the congruence classes directly, sorts
3529   // them into a DFS ordering of the dominator tree, and then we just
3530   // perform elimination straight on the sets by walking the congruence
3531   // class member uses in order, and eliminate the ones dominated by the
3532   // last member.   This is worst case O(E log E) where E = number of
3533   // instructions in a single congruence class.  In theory, this is all
3534   // instructions.   In practice, it is much faster, as most instructions are
3535   // either in singleton congruence classes or can't possibly be eliminated
3536   // anyway (if there are no overlapping DFS ranges in class).
3537   // When we find something not dominated, it becomes the new leader
3538   // for elimination purposes.
3539   // TODO: If we wanted to be faster, We could remove any members with no
3540   // overlapping ranges while sorting, as we will never eliminate anything
3541   // with those members, as they don't dominate anything else in our set.
3542
3543   bool AnythingReplaced = false;
3544
3545   // Since we are going to walk the domtree anyway, and we can't guarantee the
3546   // DFS numbers are updated, we compute some ourselves.
3547   DT->updateDFSNumbers();
3548
3549   // Go through all of our phi nodes, and kill the arguments associated with
3550   // unreachable edges.
3551   auto ReplaceUnreachablePHIArgs = [&](PHINode &PHI, BasicBlock *BB) {
3552     for (auto &Operand : PHI.incoming_values())
3553       if (!ReachableEdges.count({PHI.getIncomingBlock(Operand), BB})) {
3554         DEBUG(dbgs() << "Replacing incoming value of " << PHI << " for block "
3555                      << getBlockName(PHI.getIncomingBlock(Operand))
3556                      << " with undef due to it being unreachable\n");
3557         Operand.set(UndefValue::get(PHI.getType()));
3558       }
3559   };
3560   SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> BlocksWithPhis;
3561   for (auto &B : F)
3562     if ((!B.empty() && isa<PHINode>(*B.begin())) ||
3563         (PHIOfOpsPHIs.find(&B) != PHIOfOpsPHIs.end()))
3564       BlocksWithPhis.insert(&B);
3565   DenseMap<const BasicBlock *, unsigned> ReachablePredCount;
3566   for (auto KV : ReachableEdges)
3567     ReachablePredCount[KV.getEnd()]++;
3568   for (auto *BB : BlocksWithPhis)
3569     // TODO: It would be faster to use getNumIncomingBlocks() on a phi node in
3570     // the block and subtract the pred count, but it's more complicated.
3571     if (ReachablePredCount.lookup(BB) !=
3572         unsigned(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)))) {
3573       for (auto II = BB->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
3574         auto &PHI = cast<PHINode>(*II);
3575         ReplaceUnreachablePHIArgs(PHI, BB);
3576       }
3577       for_each_found(PHIOfOpsPHIs, BB, [&](PHINode *PHI) {
3578         ReplaceUnreachablePHIArgs(*PHI, BB);
3579       });
3580     }
3581
3582   // Map to store the use counts
3583   DenseMap<const Value *, unsigned int> UseCounts;
3584   for (auto *CC : reverse(CongruenceClasses)) {
3585     DEBUG(dbgs() << "Eliminating in congruence class " << CC->getID() << "\n");
3586     // Track the equivalent store info so we can decide whether to try
3587     // dead store elimination.
3588     SmallVector<ValueDFS, 8> PossibleDeadStores;
3589     SmallPtrSet<Instruction *, 8> ProbablyDead;
3590     if (CC->isDead() || CC->empty())
3591       continue;
3592     // Everything still in the TOP class is unreachable or dead.
3593     if (CC == TOPClass) {
3594       for (auto M : *CC) {
3595         auto *VTE = ValueToExpression.lookup(M);
3596         if (VTE && isa<DeadExpression>(VTE))
3597           markInstructionForDeletion(cast<Instruction>(M));
3598         assert((!ReachableBlocks.count(cast<Instruction>(M)->getParent()) ||
3599                 InstructionsToErase.count(cast<Instruction>(M))) &&
3600                "Everything in TOP should be unreachable or dead at this "
3601                "point");
3602       }
3603       continue;
3604     }
3605
3606     assert(CC->getLeader() && "We should have had a leader");
3607     // If this is a leader that is always available, and it's a
3608     // constant or has no equivalences, just replace everything with
3609     // it. We then update the congruence class with whatever members
3610     // are left.
3611     Value *Leader =
3612         CC->getStoredValue() ? CC->getStoredValue() : CC->getLeader();
3613     if (alwaysAvailable(Leader)) {
3614       CongruenceClass::MemberSet MembersLeft;
3615       for (auto M : *CC) {
3616         Value *Member = M;
3617         // Void things have no uses we can replace.
3618         if (Member == Leader || !isa<Instruction>(Member) ||
3619             Member->getType()->isVoidTy()) {
3620           MembersLeft.insert(Member);
3621           continue;
3622         }
3623         DEBUG(dbgs() << "Found replacement " << *(Leader) << " for " << *Member
3624                      << "\n");
3625         auto *I = cast<Instruction>(Member);
3626         assert(Leader != I && "About to accidentally remove our leader");
3627         replaceInstruction(I, Leader);
3628         AnythingReplaced = true;
3629       }
3630       CC->swap(MembersLeft);
3631     } else {
3632       // If this is a singleton, we can skip it.
3633       if (CC->size() != 1 || RealToTemp.lookup(Leader)) {
3634         // This is a stack because equality replacement/etc may place
3635         // constants in the middle of the member list, and we want to use
3636         // those constant values in preference to the current leader, over
3637         // the scope of those constants.
3638         ValueDFSStack EliminationStack;
3639
3640         // Convert the members to DFS ordered sets and then merge them.
3641         SmallVector<ValueDFS, 8> DFSOrderedSet;
3642         convertClassToDFSOrdered(*CC, DFSOrderedSet, UseCounts, ProbablyDead);
3643
3644         // Sort the whole thing.
3645         std::sort(DFSOrderedSet.begin(), DFSOrderedSet.end());
3646         for (auto &VD : DFSOrderedSet) {
3647           int MemberDFSIn = VD.DFSIn;
3648           int MemberDFSOut = VD.DFSOut;
3649           Value *Def = VD.Def.getPointer();
3650           bool FromStore = VD.Def.getInt();
3651           Use *U = VD.U;
3652           // We ignore void things because we can't get a value from them.
3653           if (Def && Def->getType()->isVoidTy())
3654             continue;
3655           auto *DefInst = dyn_cast_or_null<Instruction>(Def);
3656           if (DefInst && AllTempInstructions.count(DefInst)) {
3657             auto *PN = cast<PHINode>(DefInst);
3658
3659             // If this is a value phi and that's the expression we used, insert
3660             // it into the program
3661             // remove from temp instruction list.
3662             AllTempInstructions.erase(PN);
3663             auto *DefBlock = getBlockForValue(Def);
3664             DEBUG(dbgs() << "Inserting fully real phi of ops" << *Def
3665                          << " into block "
3666                          << getBlockName(getBlockForValue(Def)) << "\n");
3667             PN->insertBefore(&DefBlock->front());
3668             Def = PN;
3669             NumGVNPHIOfOpsEliminations++;
3670           }
3671
3672           if (EliminationStack.empty()) {
3673             DEBUG(dbgs() << "Elimination Stack is empty\n");
3674           } else {
3675             DEBUG(dbgs() << "Elimination Stack Top DFS numbers are ("
3676                          << EliminationStack.dfs_back().first << ","
3677                          << EliminationStack.dfs_back().second << ")\n");
3678           }
3679
3680           DEBUG(dbgs() << "Current DFS numbers are (" << MemberDFSIn << ","
3681                        << MemberDFSOut << ")\n");
3682           // First, we see if we are out of scope or empty.  If so,
3683           // and there equivalences, we try to replace the top of
3684           // stack with equivalences (if it's on the stack, it must
3685           // not have been eliminated yet).
3686           // Then we synchronize to our current scope, by
3687           // popping until we are back within a DFS scope that
3688           // dominates the current member.
3689           // Then, what happens depends on a few factors
3690           // If the stack is now empty, we need to push
3691           // If we have a constant or a local equivalence we want to
3692           // start using, we also push.
3693           // Otherwise, we walk along, processing members who are
3694           // dominated by this scope, and eliminate them.
3695           bool ShouldPush = Def && EliminationStack.empty();
3696           bool OutOfScope =
3697               !EliminationStack.isInScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3698
3699           if (OutOfScope || ShouldPush) {
3700             // Sync to our current scope.
3701             EliminationStack.popUntilDFSScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3702             bool ShouldPush = Def && EliminationStack.empty();
3703             if (ShouldPush) {
3704               EliminationStack.push_back(Def, MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3705             }
3706           }
3707
3708           // Skip the Def's, we only want to eliminate on their uses.  But mark
3709           // dominated defs as dead.
3710           if (Def) {
3711             // For anything in this case, what and how we value number
3712             // guarantees that any side-effets that would have occurred (ie
3713             // throwing, etc) can be proven to either still occur (because it's
3714             // dominated by something that has the same side-effects), or never
3715             // occur.  Otherwise, we would not have been able to prove it value
3716             // equivalent to something else. For these things, we can just mark
3717             // it all dead.  Note that this is different from the "ProbablyDead"
3718             // set, which may not be dominated by anything, and thus, are only
3719             // easy to prove dead if they are also side-effect free. Note that
3720             // because stores are put in terms of the stored value, we skip
3721             // stored values here. If the stored value is really dead, it will
3722             // still be marked for deletion when we process it in its own class.
3723             if (!EliminationStack.empty() && Def != EliminationStack.back() &&
3724                 isa<Instruction>(Def) && !FromStore)
3725               markInstructionForDeletion(cast<Instruction>(Def));
3726             continue;
3727           }
3728           // At this point, we know it is a Use we are trying to possibly
3729           // replace.
3730
3731           assert(isa<Instruction>(U->get()) &&
3732                  "Current def should have been an instruction");
3733           assert(isa<Instruction>(U->getUser()) &&
3734                  "Current user should have been an instruction");
3735
3736           // If the thing we are replacing into is already marked to be dead,
3737           // this use is dead.  Note that this is true regardless of whether
3738           // we have anything dominating the use or not.  We do this here
3739           // because we are already walking all the uses anyway.
3740           Instruction *InstUse = cast<Instruction>(U->getUser());
3741           if (InstructionsToErase.count(InstUse)) {
3742             auto &UseCount = UseCounts[U->get()];
3743             if (--UseCount == 0) {
3744               ProbablyDead.insert(cast<Instruction>(U->get()));
3745             }
3746           }
3747
3748           // If we get to this point, and the stack is empty we must have a use
3749           // with nothing we can use to eliminate this use, so just skip it.
3750           if (EliminationStack.empty())
3751             continue;
3752
3753           Value *DominatingLeader = EliminationStack.back();
3754
3755           auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DominatingLeader);
3756           if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::ssa_copy)
3757             DominatingLeader = II->getOperand(0);
3758
3759           // Don't replace our existing users with ourselves.
3760           if (U->get() == DominatingLeader)
3761             continue;
3762           DEBUG(dbgs() << "Found replacement " << *DominatingLeader << " for "
3763                        << *U->get() << " in " << *(U->getUser()) << "\n");
3764
3765           // If we replaced something in an instruction, handle the patching of
3766           // metadata.  Skip this if we are replacing predicateinfo with its
3767           // original operand, as we already know we can just drop it.
3768           auto *ReplacedInst = cast<Instruction>(U->get());
3769           auto *PI = PredInfo->getPredicateInfoFor(ReplacedInst);
3770           if (!PI || DominatingLeader != PI->OriginalOp)
3771             patchReplacementInstruction(ReplacedInst, DominatingLeader);
3772           U->set(DominatingLeader);
3773           // This is now a use of the dominating leader, which means if the
3774           // dominating leader was dead, it's now live!
3775           auto &LeaderUseCount = UseCounts[DominatingLeader];
3776           // It's about to be alive again.
3777           if (LeaderUseCount == 0 && isa<Instruction>(DominatingLeader))
3778             ProbablyDead.erase(cast<Instruction>(DominatingLeader));
3779           if (LeaderUseCount == 0 && II)
3780             ProbablyDead.insert(II);
3781           ++LeaderUseCount;
3782           AnythingReplaced = true;
3783         }
3784       }
3785     }
3786
3787     // At this point, anything still in the ProbablyDead set is actually dead if
3788     // would be trivially dead.
3789     for (auto *I : ProbablyDead)
3790       if (wouldInstructionBeTriviallyDead(I))
3791         markInstructionForDeletion(I);
3792
3793     // Cleanup the congruence class.
3794     CongruenceClass::MemberSet MembersLeft;
3795     for (auto *Member : *CC)
3796       if (!isa<Instruction>(Member) ||
3797           !InstructionsToErase.count(cast<Instruction>(Member)))
3798         MembersLeft.insert(Member);
3799     CC->swap(MembersLeft);
3800
3801     // If we have possible dead stores to look at, try to eliminate them.
3802     if (CC->getStoreCount() > 0) {
3803       convertClassToLoadsAndStores(*CC, PossibleDeadStores);
3804       std::sort(PossibleDeadStores.begin(), PossibleDeadStores.end());
3805       ValueDFSStack EliminationStack;
3806       for (auto &VD : PossibleDeadStores) {
3807         int MemberDFSIn = VD.DFSIn;
3808         int MemberDFSOut = VD.DFSOut;
3809         Instruction *Member = cast<Instruction>(VD.Def.getPointer());
3810         if (EliminationStack.empty() ||
3811             !EliminationStack.isInScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut)) {
3812           // Sync to our current scope.
3813           EliminationStack.popUntilDFSScope(MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3814           if (EliminationStack.empty()) {
3815             EliminationStack.push_back(Member, MemberDFSIn, MemberDFSOut);
3816             continue;
3817           }
3818         }
3819         // We already did load elimination, so nothing to do here.
3820         if (isa<LoadInst>(Member))
3821           continue;
3822         assert(!EliminationStack.empty());
3823         Instruction *Leader = cast<Instruction>(EliminationStack.back());
3824         (void)Leader;
3825         assert(DT->dominates(Leader->getParent(), Member->getParent()));
3826         // Member is dominater by Leader, and thus dead
3827         DEBUG(dbgs() << "Marking dead store " << *Member
3828                      << " that is dominated by " << *Leader << "\n");
3829         markInstructionForDeletion(Member);
3830         CC->erase(Member);
3831         ++NumGVNDeadStores;
3832       }
3833     }
3834   }
3835   return AnythingReplaced;
3836 }
3837
3838 // This function provides global ranking of operations so that we can place them
3839 // in a canonical order.  Note that rank alone is not necessarily enough for a
3840 // complete ordering, as constants all have the same rank.  However, generally,
3841 // we will simplify an operation with all constants so that it doesn't matter
3842 // what order they appear in.
3843 unsigned int NewGVN::getRank(const Value *V) const {
3844   // Prefer constants to undef to anything else
3845   // Undef is a constant, have to check it first.
3846   // Prefer smaller constants to constantexprs
3847   if (isa<ConstantExpr>(V))
3848     return 2;
3849   if (isa<UndefValue>(V))
3850     return 1;
3851   if (isa<Constant>(V))
3852     return 0;
3853   else if (auto *A = dyn_cast<Argument>(V))
3854     return 3 + A->getArgNo();
3855
3856   // Need to shift the instruction DFS by number of arguments + 3 to account for
3857   // the constant and argument ranking above.
3858   unsigned Result = InstrToDFSNum(V);
3859   if (Result > 0)
3860     return 4 + NumFuncArgs + Result;
3861   // Unreachable or something else, just return a really large number.
3862   return ~0;
3863 }
3864
3865 // This is a function that says whether two commutative operations should
3866 // have their order swapped when canonicalizing.
3867 bool NewGVN::shouldSwapOperands(const Value *A, const Value *B) const {
3868   // Because we only care about a total ordering, and don't rewrite expressions
3869   // in this order, we order by rank, which will give a strict weak ordering to
3870   // everything but constants, and then we order by pointer address.
3871   return std::make_pair(getRank(A), A) > std::make_pair(getRank(B), B);
3872 }
3873
3874 namespace {
3875 class NewGVNLegacyPass : public FunctionPass {
3876 public:
3877   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid.
3878   NewGVNLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
3879     initializeNewGVNLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3880   }
3881   bool runOnFunction(Function &F) override;
3882
3883 private:
3884   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
3885     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3886     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3887     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3888     AU.addRequired<MemorySSAWrapperPass>();
3889     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
3890     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3891     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
3892   }
3893 };
3894 } // namespace
3895
3896 bool NewGVNLegacyPass::runOnFunction(Function &F) {
3897   if (skipFunction(F))
3898     return false;
3899   return NewGVN(F, &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
3900                 &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F),
3901                 &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
3902                 &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
3903                 &getAnalysis<MemorySSAWrapperPass>().getMSSA(),
3904                 F.getParent()->getDataLayout())
3905       .runGVN();
3906 }
3907
3908 INITIALIZE_PASS_BEGIN(NewGVNLegacyPass, "newgvn", "Global Value Numbering",
3909                       false, false)
3910 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3911 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemorySSAWrapperPass)
3912 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3913 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3914 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
3915 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
3916 INITIALIZE_PASS_END(NewGVNLegacyPass, "newgvn", "Global Value Numbering", false,
3917                     false)
3918
3919 char NewGVNLegacyPass::ID = 0;
3920
3921 // createGVNPass - The public interface to this file.
3922 FunctionPass *llvm::createNewGVNPass() { return new NewGVNLegacyPass(); }
3923
3924 PreservedAnalyses NewGVNPass::run(Function &F, AnalysisManager<Function> &AM) {
3925   // Apparently the order in which we get these results matter for
3926   // the old GVN (see Chandler's comment in GVN.cpp). I'll keep
3927   // the same order here, just in case.
3928   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3929   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3930   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3931   auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
3932   auto &MSSA = AM.getResult<MemorySSAAnalysis>(F).getMSSA();
3933   bool Changed =
3934       NewGVN(F, &DT, &AC, &TLI, &AA, &MSSA, F.getParent()->getDataLayout())
3935           .runGVN();
3936   if (!Changed)
3937     return PreservedAnalyses::all();
3938   PreservedAnalyses PA;
3939   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
3940   PA.preserve<GlobalsAA>();
3941   return PA;
3942 }