]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/Reassociate.cpp
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r306325, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
1 //===- Reassociate.cpp - Reassociate binary expressions -------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
11 // to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
12 //
13 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
14 //
15 // In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
16 // function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
17 // corresponding to the reverse post order traversal of current function
18 // (starting at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank
19 // than values not in loops.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #include "llvm/Transforms/Scalar/Reassociate.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
26 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
27 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
31 #include "llvm/IR/CFG.h"
32 #include "llvm/IR/Constants.h"
33 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
34 #include "llvm/IR/Function.h"
35 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
39 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include <algorithm>
46 using namespace llvm;
47 using namespace reassociate;
48
49 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
50
51 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
52 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
53 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
54
55 #ifndef NDEBUG
56 /// Print out the expression identified in the Ops list.
57 ///
58 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
59   Module *M = I->getModule();
60   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
61        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
62   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
63     dbgs() << "[ ";
64     Ops[i].Op->printAsOperand(dbgs(), false, M);
65     dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
66   }
67 }
68 #endif
69
70 /// Utility class representing a non-constant Xor-operand. We classify
71 /// non-constant Xor-Operands into two categories:
72 ///  C1) The operand is in the form "X & C", where C is a constant and C != ~0
73 ///  C2)
74 ///    C2.1) The operand is in the form of "X | C", where C is a non-zero
75 ///          constant.
76 ///    C2.2) Any operand E which doesn't fall into C1 and C2.1, we view this
77 ///          operand as "E | 0"
78 class llvm::reassociate::XorOpnd {
79 public:
80   XorOpnd(Value *V);
81
82   bool isInvalid() const { return SymbolicPart == nullptr; }
83   bool isOrExpr() const { return isOr; }
84   Value *getValue() const { return OrigVal; }
85   Value *getSymbolicPart() const { return SymbolicPart; }
86   unsigned getSymbolicRank() const { return SymbolicRank; }
87   const APInt &getConstPart() const { return ConstPart; }
88
89   void Invalidate() { SymbolicPart = OrigVal = nullptr; }
90   void setSymbolicRank(unsigned R) { SymbolicRank = R; }
91
92 private:
93   Value *OrigVal;
94   Value *SymbolicPart;
95   APInt ConstPart;
96   unsigned SymbolicRank;
97   bool isOr;
98 };
99
100 XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
101   assert(!isa<ConstantInt>(V) && "No ConstantInt");
102   OrigVal = V;
103   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
104   SymbolicRank = 0;
105
106   if (I && (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
107             I->getOpcode() == Instruction::And)) {
108     Value *V0 = I->getOperand(0);
109     Value *V1 = I->getOperand(1);
110     const APInt *C;
111     if (match(V0, PatternMatch::m_APInt(C)))
112       std::swap(V0, V1);
113
114     if (match(V1, PatternMatch::m_APInt(C))) {
115       ConstPart = *C;
116       SymbolicPart = V0;
117       isOr = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
118       return;
119     }
120   }
121
122   // view the operand as "V | 0"
123   SymbolicPart = V;
124   ConstPart = APInt::getNullValue(V->getType()->getScalarSizeInBits());
125   isOr = true;
126 }
127
128 /// Return true if V is an instruction of the specified opcode and if it
129 /// only has one use.
130 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
131   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
132       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode &&
133       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
134        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
135     return cast<BinaryOperator>(V);
136   return nullptr;
137 }
138
139 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode1,
140                                         unsigned Opcode2) {
141   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
142       (cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode1 ||
143        cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode2) &&
144       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
145        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
146     return cast<BinaryOperator>(V);
147   return nullptr;
148 }
149
150 void ReassociatePass::BuildRankMap(Function &F,
151                                    ReversePostOrderTraversal<Function*> &RPOT) {
152   unsigned i = 2;
153
154   // Assign distinct ranks to function arguments.
155   for (Function::arg_iterator I = F.arg_begin(), E = F.arg_end(); I != E; ++I) {
156     ValueRankMap[&*I] = ++i;
157     DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << I->getName() << "] = " << i << "\n");
158   }
159
160   // Traverse basic blocks in ReversePostOrder
161   for (BasicBlock *BB : RPOT) {
162     unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
163
164     // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
165     // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
166     // all different in the block.
167     for (Instruction &I : *BB)
168       if (mayBeMemoryDependent(I))
169         ValueRankMap[&I] = ++BBRank;
170   }
171 }
172
173 unsigned ReassociatePass::getRank(Value *V) {
174   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
175   if (!I) {
176     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
177     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
178   }
179
180   if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
181     return Rank;    // Rank already known?
182
183   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
184   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
185   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
186   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
187   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
188   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
189        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
190     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
191
192   // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
193   // assures us that X and ~X will have the same rank.
194   if  (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I) &&
195        !BinaryOperator::isFNeg(I))
196     ++Rank;
197
198   DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = " << Rank << "\n");
199
200   return ValueRankMap[I] = Rank;
201 }
202
203 // Canonicalize constants to RHS.  Otherwise, sort the operands by rank.
204 void ReassociatePass::canonicalizeOperands(Instruction *I) {
205   assert(isa<BinaryOperator>(I) && "Expected binary operator.");
206   assert(I->isCommutative() && "Expected commutative operator.");
207
208   Value *LHS = I->getOperand(0);
209   Value *RHS = I->getOperand(1);
210   unsigned LHSRank = getRank(LHS);
211   unsigned RHSRank = getRank(RHS);
212
213   if (isa<Constant>(RHS))
214     return;
215
216   if (isa<Constant>(LHS) || RHSRank < LHSRank)
217     cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
218 }
219
220 static BinaryOperator *CreateAdd(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
221                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
222   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
223     return BinaryOperator::CreateAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
224   else {
225     BinaryOperator *Res =
226         BinaryOperator::CreateFAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
227     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
228     return Res;
229   }
230 }
231
232 static BinaryOperator *CreateMul(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
233                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
234   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
235     return BinaryOperator::CreateMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
236   else {
237     BinaryOperator *Res =
238       BinaryOperator::CreateFMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
239     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
240     return Res;
241   }
242 }
243
244 static BinaryOperator *CreateNeg(Value *S1, const Twine &Name,
245                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
246   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
247     return BinaryOperator::CreateNeg(S1, Name, InsertBefore);
248   else {
249     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateFNeg(S1, Name, InsertBefore);
250     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
251     return Res;
252   }
253 }
254
255 /// Replace 0-X with X*-1.
256 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
257   Type *Ty = Neg->getType();
258   Constant *NegOne = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
259     ConstantInt::getAllOnesValue(Ty) : ConstantFP::get(Ty, -1.0);
260
261   BinaryOperator *Res = CreateMul(Neg->getOperand(1), NegOne, "", Neg, Neg);
262   Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Ty)); // Drop use of op.
263   Res->takeName(Neg);
264   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
265   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
266   return Res;
267 }
268
269 /// Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda is the Carmichael
270 /// function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
271 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
272 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
273 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
274 static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
275   if (Bitwidth < 3)
276     return Bitwidth - 1;
277   return Bitwidth - 2;
278 }
279
280 /// Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
281 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
282 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
283 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
284 /// X occurring LHS + RHS times.  If op is "Xor" for example then the combined
285 /// operation is equivalent to X if LHS + RHS is odd, or 0 if LHS + RHS is even;
286 /// the routine returns 1 in LHS in the first case, and 0 in LHS in the second.
287 static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
288   // If we were working with infinite precision arithmetic then the combined
289   // weight would be LHS + RHS.  But we are using finite precision arithmetic,
290   // and the APInt sum LHS + RHS may not be correct if it wraps (it is correct
291   // for nilpotent operations and addition, but not for idempotent operations
292   // and multiplication), so it is important to correctly reduce the combined
293   // weight back into range if wrapping would be wrong.
294
295   // If RHS is zero then the weight didn't change.
296   if (RHS.isMinValue())
297     return;
298   // If LHS is zero then the combined weight is RHS.
299   if (LHS.isMinValue()) {
300     LHS = RHS;
301     return;
302   }
303   // From this point on we know that neither LHS nor RHS is zero.
304
305   if (Instruction::isIdempotent(Opcode)) {
306     // Idempotent means X op X === X, so any non-zero weight is equivalent to a
307     // weight of 1.  Keeping weights at zero or one also means that wrapping is
308     // not a problem.
309     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
310     return; // Return a weight of 1.
311   }
312   if (Instruction::isNilpotent(Opcode)) {
313     // Nilpotent means X op X === 0, so reduce weights modulo 2.
314     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
315     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
316     return;
317   }
318   if (Opcode == Instruction::Add || Opcode == Instruction::FAdd) {
319     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
320     LHS += RHS;
321     return;
322   }
323
324   assert((Opcode == Instruction::Mul || Opcode == Instruction::FMul) &&
325          "Unknown associative operation!");
326   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
327   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
328   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
329   // bit number x, since either x is odd in which case x^CM = 1, or x is even in
330   // which case both x^W and x^(W - CM) are zero.  By subtracting off multiples
331   // of CM like this weights can always be reduced to the range [0, CM+Bitwidth)
332   // which by a happy accident means that they can always be represented using
333   // Bitwidth bits.
334   // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?  (Could do much better than
335   // the Carmichael number).
336   if (Bitwidth > 3) {
337     /// CM - The value of Carmichael's lambda function.
338     APInt CM = APInt::getOneBitSet(Bitwidth, CarmichaelShift(Bitwidth));
339     // Any weight W >= Threshold can be replaced with W - CM.
340     APInt Threshold = CM + Bitwidth;
341     assert(LHS.ult(Threshold) && RHS.ult(Threshold) && "Weights not reduced!");
342     // For Bitwidth 4 or more the following sum does not overflow.
343     LHS += RHS;
344     while (LHS.uge(Threshold))
345       LHS -= CM;
346   } else {
347     // To avoid problems with overflow do everything the same as above but using
348     // a larger type.
349     unsigned CM = 1U << CarmichaelShift(Bitwidth);
350     unsigned Threshold = CM + Bitwidth;
351     assert(LHS.getZExtValue() < Threshold && RHS.getZExtValue() < Threshold &&
352            "Weights not reduced!");
353     unsigned Total = LHS.getZExtValue() + RHS.getZExtValue();
354     while (Total >= Threshold)
355       Total -= CM;
356     LHS = Total;
357   }
358 }
359
360 typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
361
362 /// Given an associative binary expression, return the leaf
363 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
364 /// original expression is the same as
365 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
366 /// op
367 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
368 /// op
369 ///   ...
370 /// op
371 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
372 ///
373 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct.
374 ///
375 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
376 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
377 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
378 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
379 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
380 ///
381 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
382 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
383 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
384 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
385 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
386 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
387 /// use is a non-leaf node of the expression.
388 ///
389 /// For example:
390 ///           expression graph        node names
391 ///
392 ///                     +        |        I
393 ///                    / \       |
394 ///                   +   +      |      A,  B
395 ///                  / \ / \     |
396 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
397 ///                / \ / \ / \   |
398 ///                   +   *      |      F,  G
399 ///
400 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
401 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
402 ///
403 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
404 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
405 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
406 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
407 ///
408 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
409 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
410 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
411 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
412 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
413 /// made a change by returning 'true'.
414 ///
415 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
416 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
417 ///
418 ///                     +        |        I
419 ///                    / \       |
420 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
421 ///                  / \   \     |
422 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
423 ///                / \ / \ / \   |
424 ///                   +   *      |      F,  G
425 ///
426 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
427 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
428 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
429 /// which requires passing through a phi node.
430 ///
431 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
432 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
433 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
434 /// type and thus make the expression bigger.
435
436 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
437                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
438   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
439   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
440   unsigned Opcode = I->getOpcode();
441   assert(I->isAssociative() && I->isCommutative() &&
442          "Expected an associative and commutative operation!");
443
444   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
445   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
446   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
447   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
448   // while A has weight two.
449
450   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
451   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
452   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
453   // ways to get to it.
454   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
455   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
456   bool Changed = false;
457
458   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
459   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
460   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
461   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
462   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
463   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
464   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
465   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
466   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
467   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
468   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
469   // are explored.
470
471   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
472   // paths to each leaf seen so far.
473   typedef DenseMap<Value*, APInt> LeafMap;
474   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
475   SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
476
477 #ifndef NDEBUG
478   SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
479 #endif
480   while (!Worklist.empty()) {
481     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
482     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
483
484     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
485       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
486       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
487       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
488       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
489
490       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
491       // add its operands to the expression.
492       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
493         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
494         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
495         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
496         continue;
497       }
498
499       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
500       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
501       if (It == Leaves.end()) {
502         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
503         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
504         if (!Op->hasOneUse()) {
505           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
506           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
507           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
508           LeafOrder.push_back(Op);
509           Leaves[Op] = Weight;
510           continue;
511         }
512         // No uses outside the expression, try morphing it.
513       } else {
514         // Already in the leaf map.
515         assert(It != Leaves.end() && Visited.count(Op) &&
516                "In leaf map but not visited!");
517
518         // Update the number of paths to the leaf.
519         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
520
521 #if 0   // TODO: Re-enable once PR13021 is fixed.
522         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
523         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
524         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
525         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
526         Changed = true;
527
528         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
529         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
530         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
531         // its operands to the expression.
532         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
533           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
534           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
535           Leaves.erase(It);
536           continue;
537         }
538 #endif
539
540         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
541         // then it is not safe to modify the value.
542         if (!Op->hasOneUse())
543           continue;
544
545         // No uses outside the expression, try morphing it.
546         Weight = It->second;
547         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
548       }
549
550       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
551       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
552       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
553       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
554       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
555               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode
556               || (isa<FPMathOperator>(Op) &&
557                   !cast<Instruction>(Op)->hasUnsafeAlgebra())) &&
558              "Should have been handled above!");
559       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
560
561       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
562       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
563       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op))
564         if ((Opcode == Instruction::Mul && BinaryOperator::isNeg(BO)) ||
565             (Opcode == Instruction::FMul && BinaryOperator::isFNeg(BO))) {
566           DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
567           BO = LowerNegateToMultiply(BO);
568           DEBUG(dbgs() << *BO << '\n');
569           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
570           Changed = true;
571           continue;
572         }
573
574       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
575       // a leaf.
576       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
577       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
578       LeafOrder.push_back(Op);
579       Leaves[Op] = Weight;
580     }
581   }
582
583   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
584   // form of the expression.
585   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
586     Value *V = LeafOrder[i];
587     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
588     if (It == Leaves.end())
589       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
590       continue;
591     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
592     APInt Weight = It->second;
593     if (Weight.isMinValue())
594       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
595       continue;
596     // Ensure the leaf is only output once.
597     It->second = 0;
598     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
599   }
600
601   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
602   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
603   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
604   if (Ops.empty()) {
605     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
606     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
607     Ops.emplace_back(Identity, APInt(Bitwidth, 1));
608   }
609
610   return Changed;
611 }
612
613 /// Now that the operands for this expression tree are
614 /// linearized and optimized, emit them in-order.
615 void ReassociatePass::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
616                                       SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
617   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
618
619   // Since our optimizations should never increase the number of operations, the
620   // new expression can usually be written reusing the existing binary operators
621   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
622   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
623   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
624   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
625   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
626   // nsw flags.
627
628   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
629   /// the new expression into.
630   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
631   unsigned Opcode = I->getOpcode();
632   BinaryOperator *Op = I;
633
634   /// NotRewritable - The operands being written will be the leaves of the new
635   /// expression and must not be used as inner nodes (via NodesToRewrite) by
636   /// mistake.  Inner nodes are always reassociable, and usually leaves are not
637   /// (if they were they would have been incorporated into the expression and so
638   /// would not be leaves), so most of the time there is no danger of this.  But
639   /// in rare cases a leaf may become reassociable if an optimization kills uses
640   /// of it, or it may momentarily become reassociable during rewriting (below)
641   /// due it being removed as an operand of one of its uses.  Ensure that misuse
642   /// of leaf nodes as inner nodes cannot occur by remembering all of the future
643   /// leaves and refusing to reuse any of them as inner nodes.
644   SmallPtrSet<Value*, 8> NotRewritable;
645   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
646     NotRewritable.insert(Ops[i].Op);
647
648   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
649   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
650   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
651   BinaryOperator *ExpressionChanged = nullptr;
652   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
653     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
654     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
655     // a subexpression.
656     if (i+2 == Ops.size()) {
657       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
658       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
659       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
660       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
661
662       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
663         // Nothing changed, leave it alone.
664         break;
665
666       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
667         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
668         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
669         Op->swapOperands();
670         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
671         MadeChange = true;
672         ++NumChanged;
673         break;
674       }
675
676       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
677       // the old operands with the new ones.
678       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
679       if (NewLHS != OldLHS) {
680         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode);
681         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
682           NodesToRewrite.push_back(BO);
683         Op->setOperand(0, NewLHS);
684       }
685       if (NewRHS != OldRHS) {
686         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode);
687         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
688           NodesToRewrite.push_back(BO);
689         Op->setOperand(1, NewRHS);
690       }
691       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
692
693       ExpressionChanged = Op;
694       MadeChange = true;
695       ++NumChanged;
696
697       break;
698     }
699
700     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
701     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
702     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
703     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
704       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
705       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
706         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
707         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
708         Op->swapOperands();
709       } else {
710         // Overwrite with the new right-hand side.
711         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode);
712         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
713           NodesToRewrite.push_back(BO);
714         Op->setOperand(1, NewRHS);
715         ExpressionChanged = Op;
716       }
717       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
718       MadeChange = true;
719       ++NumChanged;
720     }
721
722     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
723     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
724     // into it.
725     BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode);
726     if (BO && !NotRewritable.count(BO)) {
727       Op = BO;
728       continue;
729     }
730
731     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
732     // the left-hand side.  If there are no nodes left then the optimizers made
733     // an expression with more nodes than the original!  This usually means that
734     // they did something stupid but it might mean that the problem was just too
735     // hard (finding the mimimal number of multiplications needed to realize a
736     // multiplication expression is NP-complete).  Whatever the reason, smart or
737     // stupid, create a new node if there are none left.
738     BinaryOperator *NewOp;
739     if (NodesToRewrite.empty()) {
740       Constant *Undef = UndefValue::get(I->getType());
741       NewOp = BinaryOperator::Create(Instruction::BinaryOps(Opcode),
742                                      Undef, Undef, "", I);
743       if (NewOp->getType()->isFPOrFPVectorTy())
744         NewOp->setFastMathFlags(I->getFastMathFlags());
745     } else {
746       NewOp = NodesToRewrite.pop_back_val();
747     }
748
749     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
750     Op->setOperand(0, NewOp);
751     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
752     ExpressionChanged = Op;
753     MadeChange = true;
754     ++NumChanged;
755     Op = NewOp;
756   }
757
758   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
759   // starting from the operator specified in ExpressionChanged, and compactify
760   // the operators to just before the expression root to guarantee that the
761   // expression tree is dominated by all of Ops.
762   if (ExpressionChanged)
763     do {
764       // Preserve FastMathFlags.
765       if (isa<FPMathOperator>(I)) {
766         FastMathFlags Flags = I->getFastMathFlags();
767         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
768         ExpressionChanged->setFastMathFlags(Flags);
769       } else
770         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
771
772       if (ExpressionChanged == I)
773         break;
774       ExpressionChanged->moveBefore(I);
775       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->user_begin());
776     } while (1);
777
778   // Throw away any left over nodes from the original expression.
779   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
780     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
781 }
782
783 /// Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
784 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
785 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
786 /// that should be processed next by the reassociation pass.
787 /// Also add intermediate instructions to the redo list that are modified while
788 /// pushing the negates through adds.  These will be revisited to see if
789 /// additional opportunities have been exposed.
790 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI,
791                           SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
792   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
793     if (C->getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
794       return ConstantExpr::getFNeg(C);
795     }
796     return ConstantExpr::getNeg(C);
797   }
798
799
800   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
801   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
802   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
803   // this means that we turn this:
804   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
805   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
806   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
807   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
808   //
809   if (BinaryOperator *I =
810           isReassociableOp(V, Instruction::Add, Instruction::FAdd)) {
811     // Push the negates through the add.
812     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI, ToRedo));
813     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI, ToRedo));
814     if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
815       I->setHasNoUnsignedWrap(false);
816       I->setHasNoSignedWrap(false);
817     }
818
819     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
820     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
821     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
822     // instruction we are about to insert after them.
823     //
824     I->moveBefore(BI);
825     I->setName(I->getName()+".neg");
826
827     // Add the intermediate negates to the redo list as processing them later
828     // could expose more reassociating opportunities.
829     ToRedo.insert(I);
830     return I;
831   }
832
833   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
834   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
835   for (User *U : V->users()) {
836     if (!BinaryOperator::isNeg(U) && !BinaryOperator::isFNeg(U))
837       continue;
838
839     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
840     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
841     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
842     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
843     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
844
845     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
846     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
847       continue;
848
849     BasicBlock::iterator InsertPt;
850     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
851       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
852         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
853       } else {
854         InsertPt = ++InstInput->getIterator();
855       }
856       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
857     } else {
858       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
859     }
860     TheNeg->moveBefore(&*InsertPt);
861     if (TheNeg->getOpcode() == Instruction::Sub) {
862       TheNeg->setHasNoUnsignedWrap(false);
863       TheNeg->setHasNoSignedWrap(false);
864     } else {
865       TheNeg->andIRFlags(BI);
866     }
867     ToRedo.insert(TheNeg);
868     return TheNeg;
869   }
870
871   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
872   // negation.
873   BinaryOperator *NewNeg = CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI, BI);
874   ToRedo.insert(NewNeg);
875   return NewNeg;
876 }
877
878 /// Return true if we should break up this subtract of X-Y into (X + -Y).
879 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
880   // If this is a negation, we can't split it up!
881   if (BinaryOperator::isNeg(Sub) || BinaryOperator::isFNeg(Sub))
882     return false;
883
884   // Don't breakup X - undef.
885   if (isa<UndefValue>(Sub->getOperand(1)))
886     return false;
887
888   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
889   // subtract or if this is only used by one.
890   Value *V0 = Sub->getOperand(0);
891   if (isReassociableOp(V0, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
892       isReassociableOp(V0, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
893     return true;
894   Value *V1 = Sub->getOperand(1);
895   if (isReassociableOp(V1, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
896       isReassociableOp(V1, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
897     return true;
898   Value *VB = Sub->user_back();
899   if (Sub->hasOneUse() &&
900       (isReassociableOp(VB, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
901        isReassociableOp(VB, Instruction::Sub, Instruction::FSub)))
902     return true;
903
904   return false;
905 }
906
907 /// If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is only used by an
908 /// add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better reassociation.
909 static BinaryOperator *
910 BreakUpSubtract(Instruction *Sub, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
911   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
912   // instructions to be commuted with other add instructions.
913   //
914   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
915   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
916   //
917   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub, ToRedo);
918   BinaryOperator *New = CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub, Sub);
919   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
920   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
921   New->takeName(Sub);
922
923   // Everyone now refers to the add instruction.
924   Sub->replaceAllUsesWith(New);
925   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
926
927   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
928   return New;
929 }
930
931 /// If this is a shift of a reassociable multiply or is used by one, change
932 /// this into a multiply by a constant to assist with further reassociation.
933 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
934   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
935   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
936
937   BinaryOperator *Mul =
938     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
939   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
940   Mul->takeName(Shl);
941
942   // Everyone now refers to the mul instruction.
943   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
944   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
945
946   // We can safely preserve the nuw flag in all cases.  It's also safe to turn a
947   // nuw nsw shl into a nuw nsw mul.  However, nsw in isolation requires special
948   // handling.
949   bool NSW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoSignedWrap();
950   bool NUW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoUnsignedWrap();
951   if (NSW && NUW)
952     Mul->setHasNoSignedWrap(true);
953   Mul->setHasNoUnsignedWrap(NUW);
954   return Mul;
955 }
956
957 /// Scan backwards and forwards among values with the same rank as element i
958 /// to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This is useful when
959 /// scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the same rank.
960 static unsigned FindInOperandList(const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
961                                   unsigned i, Value *X) {
962   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
963   unsigned e = Ops.size();
964   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j) {
965     if (Ops[j].Op == X)
966       return j;
967     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
968       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
969         if (I1->isIdenticalTo(I2))
970           return j;
971   }
972   // Scan backwards.
973   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j) {
974     if (Ops[j].Op == X)
975       return j;
976     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
977       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
978         if (I1->isIdenticalTo(I2))
979           return j;
980   }
981   return i;
982 }
983
984 /// Emit a tree of add instructions, summing Ops together
985 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
986 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
987                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Ops) {
988   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
989
990   Value *V1 = Ops.back();
991   Ops.pop_back();
992   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
993   return CreateAdd(V2, V1, "tmp", I, I);
994 }
995
996 /// If V is an expression tree that is a multiplication sequence,
997 /// and if this sequence contains a multiply by Factor,
998 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
999 Value *ReassociatePass::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
1000   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1001   if (!BO)
1002     return nullptr;
1003
1004   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1005   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
1006   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
1007   Factors.reserve(Tree.size());
1008   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1009     RepeatedValue E = Tree[i];
1010     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
1011                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1012   }
1013
1014   bool FoundFactor = false;
1015   bool NeedsNegate = false;
1016   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1017     if (Factors[i].Op == Factor) {
1018       FoundFactor = true;
1019       Factors.erase(Factors.begin()+i);
1020       break;
1021     }
1022
1023     // If this is a negative version of this factor, remove it.
1024     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1025       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
1026         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
1027           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1028           Factors.erase(Factors.begin()+i);
1029           break;
1030         }
1031     } else if (ConstantFP *FC1 = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1032       if (ConstantFP *FC2 = dyn_cast<ConstantFP>(Factors[i].Op)) {
1033         const APFloat &F1 = FC1->getValueAPF();
1034         APFloat F2(FC2->getValueAPF());
1035         F2.changeSign();
1036         if (F1.compare(F2) == APFloat::cmpEqual) {
1037           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1038           Factors.erase(Factors.begin() + i);
1039           break;
1040         }
1041       }
1042     }
1043   }
1044
1045   if (!FoundFactor) {
1046     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
1047     RewriteExprTree(BO, Factors);
1048     return nullptr;
1049   }
1050
1051   BasicBlock::iterator InsertPt = ++BO->getIterator();
1052
1053   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
1054   // remaining operand.
1055   if (Factors.size() == 1) {
1056     RedoInsts.insert(BO);
1057     V = Factors[0].Op;
1058   } else {
1059     RewriteExprTree(BO, Factors);
1060     V = BO;
1061   }
1062
1063   if (NeedsNegate)
1064     V = CreateNeg(V, "neg", &*InsertPt, BO);
1065
1066   return V;
1067 }
1068
1069 /// If V is a single-use multiply, recursively add its operands as factors,
1070 /// otherwise add V to the list of factors.
1071 ///
1072 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
1073 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
1074                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors) {
1075   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1076   if (!BO) {
1077     Factors.push_back(V);
1078     return;
1079   }
1080
1081   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
1082   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors);
1083   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors);
1084 }
1085
1086 /// Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor' instruction.
1087 /// This optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value,
1088 /// it is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1089 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
1090                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1091   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1092   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1093   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1094     // First, check for X and ~X in the operand list.
1095     assert(i < Ops.size());
1096     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1097       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1098       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1099       if (FoundX != i) {
1100         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1101           return Constant::getNullValue(X->getType());
1102
1103         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1104           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1105       }
1106     }
1107
1108     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1109     // each other, due to our sorting criteria.
1110     assert(i < Ops.size());
1111     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1112       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1113         // Drop duplicate values for And and Or.
1114         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1115         --i; --e;
1116         ++NumAnnihil;
1117         continue;
1118       }
1119
1120       // Drop pairs of values for Xor.
1121       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1122       if (e == 2)
1123         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1124
1125       // Y ^ X^X -> Y
1126       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1127       i -= 1; e -= 2;
1128       ++NumAnnihil;
1129     }
1130   }
1131   return nullptr;
1132 }
1133
1134 /// Helper function of CombineXorOpnd(). It creates a bitwise-and
1135 /// instruction with the given two operands, and return the resulting
1136 /// instruction. There are two special cases: 1) if the constant operand is 0,
1137 /// it will return NULL. 2) if the constant is ~0, the symbolic operand will
1138 /// be returned.
1139 static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd,
1140                              const APInt &ConstOpnd) {
1141   if (ConstOpnd.isNullValue())
1142     return nullptr;
1143
1144   if (ConstOpnd.isAllOnesValue())
1145     return Opnd;
1146
1147   Instruction *I = BinaryOperator::CreateAnd(
1148       Opnd, ConstantInt::get(Opnd->getType(), ConstOpnd), "and.ra",
1149       InsertBefore);
1150   I->setDebugLoc(InsertBefore->getDebugLoc());
1151   return I;
1152 }
1153
1154 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify "Opnd1 ^ ConstOpnd"
1155 // into "R ^ C", where C would be 0, and R is a symbolic value.
1156 //
1157 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned
1158 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively; otherwise, false is returned,
1159 // and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1160 //
1161 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1162                                      APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
1163   // Xor-Rule 1: (x | c1) ^ c2 = (x | c1) ^ (c1 ^ c1) ^ c2 
1164   //                       = ((x | c1) ^ c1) ^ (c1 ^ c2)
1165   //                       = (x & ~c1) ^ (c1 ^ c2)
1166   // It is useful only when c1 == c2.
1167   if (!Opnd1->isOrExpr() || Opnd1->getConstPart().isNullValue())
1168     return false;
1169
1170   if (!Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1171     return false;
1172
1173   const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1174   if (C1 != ConstOpnd)
1175     return false;
1176
1177   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1178   Res = createAndInstr(I, X, ~C1);
1179   // ConstOpnd was C2, now C1 ^ C2.
1180   ConstOpnd ^= C1;
1181
1182   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1183     RedoInsts.insert(T);
1184   return true;
1185 }
1186
1187                            
1188 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify
1189 // "Opnd1 ^ Opnd2 ^ ConstOpnd" into "R ^ C", where C would be 0, and R is a
1190 // symbolic value. 
1191 // 
1192 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned 
1193 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively (If the entire expression is
1194 // evaluated to a constant, the Res is set to NULL); otherwise, false is
1195 // returned, and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1196 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1197                                      XorOpnd *Opnd2, APInt &ConstOpnd,
1198                                      Value *&Res) {
1199   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1200   if (X != Opnd2->getSymbolicPart())
1201     return false;
1202
1203   // This many instruction become dead.(At least "Opnd1 ^ Opnd2" will die.)
1204   int DeadInstNum = 1;
1205   if (Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1206     DeadInstNum++;
1207   if (Opnd2->getValue()->hasOneUse())
1208     DeadInstNum++;
1209
1210   // Xor-Rule 2:
1211   //  (x | c1) ^ (x & c2)
1212   //   = (x|c1) ^ (x&c2) ^ (c1 ^ c1) = ((x|c1) ^ c1) ^ (x & c2) ^ c1
1213   //   = (x & ~c1) ^ (x & c2) ^ c1               // Xor-Rule 1
1214   //   = (x & c3) ^ c1, where c3 = ~c1 ^ c2      // Xor-rule 3
1215   //
1216   if (Opnd1->isOrExpr() != Opnd2->isOrExpr()) {
1217     if (Opnd2->isOrExpr())
1218       std::swap(Opnd1, Opnd2);
1219
1220     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1221     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1222     APInt C3((~C1) ^ C2);
1223
1224     // Do not increase code size!
1225     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1226       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1227       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1228         return false;
1229     }
1230
1231     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1232     ConstOpnd ^= C1;
1233
1234   } else if (Opnd1->isOrExpr()) {
1235     // Xor-Rule 3: (x | c1) ^ (x | c2) = (x & c3) ^ c3 where c3 = c1 ^ c2
1236     //
1237     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1238     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1239     APInt C3 = C1 ^ C2;
1240     
1241     // Do not increase code size
1242     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1243       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1244       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1245         return false;
1246     }
1247
1248     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1249     ConstOpnd ^= C3;
1250   } else {
1251     // Xor-Rule 4: (x & c1) ^ (x & c2) = (x & (c1^c2))
1252     //
1253     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1254     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1255     APInt C3 = C1 ^ C2;
1256     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1257   }
1258
1259   // Put the original operands in the Redo list; hope they will be deleted
1260   // as dead code.
1261   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1262     RedoInsts.insert(T);
1263   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd2->getValue()))
1264     RedoInsts.insert(T);
1265
1266   return true;
1267 }
1268
1269 /// Optimize a series of operands to an 'xor' instruction. If it can be reduced
1270 /// to a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
1271 /// necessary.
1272 Value *ReassociatePass::OptimizeXor(Instruction *I,
1273                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1274   if (Value *V = OptimizeAndOrXor(Instruction::Xor, Ops))
1275     return V;
1276       
1277   if (Ops.size() == 1)
1278     return nullptr;
1279
1280   SmallVector<XorOpnd, 8> Opnds;
1281   SmallVector<XorOpnd*, 8> OpndPtrs;
1282   Type *Ty = Ops[0].Op->getType();
1283   APInt ConstOpnd(Ty->getScalarSizeInBits(), 0);
1284
1285   // Step 1: Convert ValueEntry to XorOpnd
1286   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1287     Value *V = Ops[i].Op;
1288     const APInt *C;
1289     // TODO: Support non-splat vectors.
1290     if (match(V, PatternMatch::m_APInt(C))) {
1291       ConstOpnd ^= *C;
1292     } else {
1293       XorOpnd O(V);
1294       O.setSymbolicRank(getRank(O.getSymbolicPart()));
1295       Opnds.push_back(O);
1296     }
1297   }
1298
1299   // NOTE: From this point on, do *NOT* add/delete element to/from "Opnds".
1300   //  It would otherwise invalidate the "Opnds"'s iterator, and hence invalidate
1301   //  the "OpndPtrs" as well. For the similar reason, do not fuse this loop
1302   //  with the previous loop --- the iterator of the "Opnds" may be invalidated
1303   //  when new elements are added to the vector.
1304   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i != e; ++i)
1305     OpndPtrs.push_back(&Opnds[i]);
1306
1307   // Step 2: Sort the Xor-Operands in a way such that the operands containing
1308   //  the same symbolic value cluster together. For instance, the input operand
1309   //  sequence ("x | 123", "y & 456", "x & 789") will be sorted into:
1310   //  ("x | 123", "x & 789", "y & 456").
1311   //
1312   //  The purpose is twofold:
1313   //  1) Cluster together the operands sharing the same symbolic-value.
1314   //  2) Operand having smaller symbolic-value-rank is permuted earlier, which
1315   //     could potentially shorten crital path, and expose more loop-invariants.
1316   //     Note that values' rank are basically defined in RPO order (FIXME).
1317   //     So, if Rank(X) < Rank(Y) < Rank(Z), it means X is defined earlier
1318   //     than Y which is defined earlier than Z. Permute "x | 1", "Y & 2",
1319   //     "z" in the order of X-Y-Z is better than any other orders.
1320   std::stable_sort(OpndPtrs.begin(), OpndPtrs.end(),
1321                    [](XorOpnd *LHS, XorOpnd *RHS) {
1322     return LHS->getSymbolicRank() < RHS->getSymbolicRank();
1323   });
1324
1325   // Step 3: Combine adjacent operands
1326   XorOpnd *PrevOpnd = nullptr;
1327   bool Changed = false;
1328   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1329     XorOpnd *CurrOpnd = OpndPtrs[i];
1330     // The combined value
1331     Value *CV;
1332
1333     // Step 3.1: Try simplifying "CurrOpnd ^ ConstOpnd"
1334     if (!ConstOpnd.isNullValue() &&
1335         CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1336       Changed = true;
1337       if (CV)
1338         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1339       else {
1340         CurrOpnd->Invalidate();
1341         continue;
1342       }
1343     }
1344
1345     if (!PrevOpnd || CurrOpnd->getSymbolicPart() != PrevOpnd->getSymbolicPart()) {
1346       PrevOpnd = CurrOpnd;
1347       continue;
1348     }
1349
1350     // step 3.2: When previous and current operands share the same symbolic
1351     //  value, try to simplify "PrevOpnd ^ CurrOpnd ^ ConstOpnd" 
1352     //    
1353     if (CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, PrevOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1354       // Remove previous operand
1355       PrevOpnd->Invalidate();
1356       if (CV) {
1357         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1358         PrevOpnd = CurrOpnd;
1359       } else {
1360         CurrOpnd->Invalidate();
1361         PrevOpnd = nullptr;
1362       }
1363       Changed = true;
1364     }
1365   }
1366
1367   // Step 4: Reassemble the Ops
1368   if (Changed) {
1369     Ops.clear();
1370     for (unsigned int i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1371       XorOpnd &O = Opnds[i];
1372       if (O.isInvalid())
1373         continue;
1374       ValueEntry VE(getRank(O.getValue()), O.getValue());
1375       Ops.push_back(VE);
1376     }
1377     if (!ConstOpnd.isNullValue()) {
1378       Value *C = ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
1379       ValueEntry VE(getRank(C), C);
1380       Ops.push_back(VE);
1381     }
1382     unsigned Sz = Ops.size();
1383     if (Sz == 1)
1384       return Ops.back().Op;
1385     if (Sz == 0) {
1386       assert(ConstOpnd.isNullValue());
1387       return ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
1388     }
1389   }
1390
1391   return nullptr;
1392 }
1393
1394 /// Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1395 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1396 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1397 Value *ReassociatePass::OptimizeAdd(Instruction *I,
1398                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1399   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1400   // can simplify expressions like X+-X == 0 and X+~X ==-1.  While we're at it,
1401   // scan for any
1402   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1403
1404   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1405     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1406     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1407     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1408     // that these need to be next to each other in the vector.
1409     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1410       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1411       unsigned NumFound = 0;
1412       do {
1413         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1414         ++NumFound;
1415       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1416
1417       DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1418       ++NumFactor;
1419
1420       // Insert a new multiply.
1421       Type *Ty = TheOp->getType();
1422       Constant *C = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
1423         ConstantInt::get(Ty, NumFound) : ConstantFP::get(Ty, NumFound);
1424       Instruction *Mul = CreateMul(TheOp, C, "factor", I, I);
1425
1426       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1427       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1428       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1429       RedoInsts.insert(Mul);
1430
1431       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1432       if (Ops.empty())
1433         return Mul;
1434
1435       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1436       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1437       // things being added by this operation.
1438       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1439
1440       --i;
1441       e = Ops.size();
1442       continue;
1443     }
1444
1445     // Check for X and -X or X and ~X in the operand list.
1446     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp) && !BinaryOperator::isFNeg(TheOp) &&
1447         !BinaryOperator::isNot(TheOp))
1448       continue;
1449
1450     Value *X = nullptr;
1451     if (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp))
1452       X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1453     else if (BinaryOperator::isNot(TheOp))
1454       X = BinaryOperator::getNotArgument(TheOp);
1455
1456     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1457     if (FoundX == i)
1458       continue;
1459
1460     // Remove X and -X from the operand list.
1461     if (Ops.size() == 2 &&
1462         (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp)))
1463       return Constant::getNullValue(X->getType());
1464
1465     // Remove X and ~X from the operand list.
1466     if (Ops.size() == 2 && BinaryOperator::isNot(TheOp))
1467       return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1468
1469     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1470     if (i < FoundX)
1471       --FoundX;
1472     else
1473       --i;   // Need to back up an extra one.
1474     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1475     ++NumAnnihil;
1476     --i;     // Revisit element.
1477     e -= 2;  // Removed two elements.
1478
1479     // if X and ~X we append -1 to the operand list.
1480     if (BinaryOperator::isNot(TheOp)) {
1481       Value *V = Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1482       Ops.insert(Ops.end(), ValueEntry(getRank(V), V));
1483       e += 1;
1484     }
1485   }
1486
1487   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1488   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1489   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1490   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1491   // for any ADD operands that are MULs.
1492   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1493
1494   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1495   // where they are actually the same multiply.
1496   unsigned MaxOcc = 0;
1497   Value *MaxOccVal = nullptr;
1498   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1499     BinaryOperator *BOp =
1500         isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1501     if (!BOp)
1502       continue;
1503
1504     // Compute all of the factors of this added value.
1505     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1506     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors);
1507     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1508
1509     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1510     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1511     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1512       Value *Factor = Factors[i];
1513       if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1514         continue;
1515
1516       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1517       if (Occ > MaxOcc) {
1518         MaxOcc = Occ;
1519         MaxOccVal = Factor;
1520       }
1521
1522       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1523       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1524       // cannot be positivified.
1525       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1526         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1527           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1528           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1529             continue;
1530           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1531           if (Occ > MaxOcc) {
1532             MaxOcc = Occ;
1533             MaxOccVal = Factor;
1534           }
1535         }
1536       } else if (ConstantFP *CF = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1537         if (CF->isNegative()) {
1538           APFloat F(CF->getValueAPF());
1539           F.changeSign();
1540           Factor = ConstantFP::get(CF->getContext(), F);
1541           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1542             continue;
1543           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1544           if (Occ > MaxOcc) {
1545             MaxOcc = Occ;
1546             MaxOccVal = Factor;
1547           }
1548         }
1549       }
1550     }
1551   }
1552
1553   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1554   if (MaxOcc > 1) {
1555     DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1556     ++NumFactor;
1557
1558     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1559     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1560     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1561     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1562     Instruction *DummyInst =
1563         I->getType()->isIntOrIntVectorTy()
1564             ? BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal)
1565             : BinaryOperator::CreateFAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1566
1567     SmallVector<WeakTrackingVH, 4> NewMulOps;
1568     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1569       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1570       BinaryOperator *BOp =
1571           isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1572       if (!BOp)
1573         continue;
1574
1575       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1576         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1577         // one fell swoop.
1578         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1579           --j;
1580           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1581             NewMulOps.push_back(V);
1582             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1583           }
1584         }
1585         --i;
1586       }
1587     }
1588
1589     // No need for extra uses anymore.
1590     DummyInst->deleteValue();
1591
1592     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1593     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1594
1595     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1596     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1597     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1598     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1599     (void)NumAddedValues;
1600     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1601       RedoInsts.insert(VI);
1602
1603     // Create the multiply.
1604     Instruction *V2 = CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I, I);
1605
1606     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1607     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1608     RedoInsts.insert(V2);
1609
1610     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1611     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1612     if (Ops.empty())
1613       return V2;
1614
1615     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1616     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1617     // things being added by this operation.
1618     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1619   }
1620
1621   return nullptr;
1622 }
1623
1624 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1625 ///
1626 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1627 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1628 /// the order of descending power.
1629 ///
1630 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1631 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1632 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1633 ///
1634 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1635 static bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1636                                    SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1637   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1638   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1639   unsigned FactorPowerSum = 0;
1640   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1641     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1642
1643     // Count the number of occurrences of this value.
1644     unsigned Count = 1;
1645     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1646       ++Count;
1647     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1648     if (Count > 1)
1649       FactorPowerSum += Count;
1650   }
1651
1652   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1653   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1654   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1655   // trying to simplify already minimal formations.
1656   if (FactorPowerSum < 4)
1657     return false;
1658
1659   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1660   FactorPowerSum = 0;
1661   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1662     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1663
1664     // Count the number of occurrences of this value.
1665     unsigned Count = 1;
1666     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1667       ++Count;
1668     if (Count == 1)
1669       continue;
1670     // Move an even number of occurrences to Factors.
1671     Count &= ~1U;
1672     Idx -= Count;
1673     FactorPowerSum += Count;
1674     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1675     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1676   }
1677
1678   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1679   // below our mininum of '4'.
1680   assert(FactorPowerSum >= 4);
1681
1682   std::stable_sort(Factors.begin(), Factors.end(),
1683                    [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1684     return LHS.Power > RHS.Power;
1685   });
1686   return true;
1687 }
1688
1689 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1690 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1691                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1692   if (Ops.size() == 1)
1693     return Ops.back();
1694
1695   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1696   do {
1697     if (LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy())
1698       LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1699     else
1700       LHS = Builder.CreateFMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1701   } while (!Ops.empty());
1702
1703   return LHS;
1704 }
1705
1706 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1707 ///
1708 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1709 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1710 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1711 /// value.
1712 Value *
1713 ReassociatePass::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1714                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1715   assert(Factors[0].Power);
1716   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1717   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1718        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1719     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1720       LastIdx = Idx;
1721       continue;
1722     }
1723
1724     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1725     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1726     // for that.
1727     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1728     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1729     do {
1730       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1731       ++Idx;
1732     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1733
1734     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1735     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1736     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1737     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1738       RedoInsts.insert(MI);
1739
1740     LastIdx = Idx;
1741   }
1742   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1743   // base.
1744   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1745                             [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1746                               return LHS.Power == RHS.Power;
1747                             }),
1748                 Factors.end());
1749
1750   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1751   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1752   // expression.
1753   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1754     if (Factors[Idx].Power & 1)
1755       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1756     Factors[Idx].Power >>= 1;
1757   }
1758   if (Factors[0].Power) {
1759     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1760     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1761     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1762   }
1763   if (OuterProduct.size() == 1)
1764     return OuterProduct.front();
1765
1766   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1767   return V;
1768 }
1769
1770 Value *ReassociatePass::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1771                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1772   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1773   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1774   if (Ops.size() < 4)
1775     return nullptr;
1776
1777   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1778   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1779   // re-use.
1780   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1781   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1782     return nullptr; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1783
1784   IRBuilder<> Builder(I);
1785   // The reassociate transformation for FP operations is performed only
1786   // if unsafe algebra is permitted by FastMathFlags. Propagate those flags
1787   // to the newly generated operations.
1788   if (auto FPI = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1789     Builder.setFastMathFlags(FPI->getFastMathFlags());
1790
1791   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1792   if (Ops.empty())
1793     return V;
1794
1795   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1796   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1797   return nullptr;
1798 }
1799
1800 Value *ReassociatePass::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1801                                            SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1802   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1803   // Start by folding any constants that we found.
1804   Constant *Cst = nullptr;
1805   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1806   while (!Ops.empty() && isa<Constant>(Ops.back().Op)) {
1807     Constant *C = cast<Constant>(Ops.pop_back_val().Op);
1808     Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, C, Cst) : C;
1809   }
1810   // If there was nothing but constants then we are done.
1811   if (Ops.empty())
1812     return Cst;
1813
1814   // Put the combined constant back at the end of the operand list, except if
1815   // there is no point.  For example, an add of 0 gets dropped here, while a
1816   // multiplication by zero turns the whole expression into zero.
1817   if (Cst && Cst != ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType())) {
1818     if (Cst == ConstantExpr::getBinOpAbsorber(Opcode, I->getType()))
1819       return Cst;
1820     Ops.push_back(ValueEntry(0, Cst));
1821   }
1822
1823   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1824
1825   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1826   // argument list here.
1827   unsigned NumOps = Ops.size();
1828   switch (Opcode) {
1829   default: break;
1830   case Instruction::And:
1831   case Instruction::Or:
1832     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1833       return Result;
1834     break;
1835
1836   case Instruction::Xor:
1837     if (Value *Result = OptimizeXor(I, Ops))
1838       return Result;
1839     break;
1840
1841   case Instruction::Add:
1842   case Instruction::FAdd:
1843     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1844       return Result;
1845     break;
1846
1847   case Instruction::Mul:
1848   case Instruction::FMul:
1849     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1850       return Result;
1851     break;
1852   }
1853
1854   if (Ops.size() != NumOps)
1855     return OptimizeExpression(I, Ops);
1856   return nullptr;
1857 }
1858
1859 // Remove dead instructions and if any operands are trivially dead add them to
1860 // Insts so they will be removed as well.
1861 void ReassociatePass::RecursivelyEraseDeadInsts(
1862     Instruction *I, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &Insts) {
1863   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1864   SmallVector<Value *, 4> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1865   ValueRankMap.erase(I);
1866   Insts.remove(I);
1867   RedoInsts.remove(I);
1868   I->eraseFromParent();
1869   for (auto Op : Ops)
1870     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
1871       if (OpInst->use_empty())
1872         Insts.insert(OpInst);
1873 }
1874
1875 /// Zap the given instruction, adding interesting operands to the work list.
1876 void ReassociatePass::EraseInst(Instruction *I) {
1877   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1878   DEBUG(dbgs() << "Erasing dead inst: "; I->dump());
1879
1880   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1881   // Erase the dead instruction.
1882   ValueRankMap.erase(I);
1883   RedoInsts.remove(I);
1884   I->eraseFromParent();
1885   // Optimize its operands.
1886   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited; // Detect self-referential nodes.
1887   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1888     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1889       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1890       // and add that since that's where optimization actually happens.
1891       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1892       while (Op->hasOneUse() && Op->user_back()->getOpcode() == Opcode &&
1893              Visited.insert(Op).second)
1894         Op = Op->user_back();
1895       RedoInsts.insert(Op);
1896     }
1897 }
1898
1899 // Canonicalize expressions of the following form:
1900 //  x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y)
1901 //  x - (-Constant * y) -> x + (Constant * y)
1902 Instruction *ReassociatePass::canonicalizeNegConstExpr(Instruction *I) {
1903   if (!I->hasOneUse() || I->getType()->isVectorTy())
1904     return nullptr;
1905
1906   // Must be a fmul or fdiv instruction.
1907   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1908   if (Opcode != Instruction::FMul && Opcode != Instruction::FDiv)
1909     return nullptr;
1910
1911   auto *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
1912   auto *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
1913
1914   // Both operands are constant, let it get constant folded away.
1915   if (C0 && C1)
1916     return nullptr;
1917
1918   ConstantFP *CF = C0 ? C0 : C1;
1919
1920   // Must have one constant operand.
1921   if (!CF)
1922     return nullptr;
1923
1924   // Must be a negative ConstantFP.
1925   if (!CF->isNegative())
1926     return nullptr;
1927
1928   // User must be a binary operator with one or more uses.
1929   Instruction *User = I->user_back();
1930   if (!isa<BinaryOperator>(User) || User->use_empty())
1931     return nullptr;
1932
1933   unsigned UserOpcode = User->getOpcode();
1934   if (UserOpcode != Instruction::FAdd && UserOpcode != Instruction::FSub)
1935     return nullptr;
1936
1937   // Subtraction is not commutative. Explicitly, the following transform is
1938   // not valid: (-Constant * y) - x  -> x + (Constant * y)
1939   if (!User->isCommutative() && User->getOperand(1) != I)
1940     return nullptr;
1941
1942   // Change the sign of the constant.
1943   APFloat Val = CF->getValueAPF();
1944   Val.changeSign();
1945   I->setOperand(C0 ? 0 : 1, ConstantFP::get(CF->getContext(), Val));
1946
1947   // Canonicalize I to RHS to simplify the next bit of logic. E.g.,
1948   // ((-Const*y) + x) -> (x + (-Const*y)).
1949   if (User->getOperand(0) == I && User->isCommutative())
1950     cast<BinaryOperator>(User)->swapOperands();
1951
1952   Value *Op0 = User->getOperand(0);
1953   Value *Op1 = User->getOperand(1);
1954   BinaryOperator *NI;
1955   switch (UserOpcode) {
1956   default:
1957     llvm_unreachable("Unexpected Opcode!");
1958   case Instruction::FAdd:
1959     NI = BinaryOperator::CreateFSub(Op0, Op1);
1960     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1961     break;
1962   case Instruction::FSub:
1963     NI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, Op1);
1964     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1965     break;
1966   }
1967
1968   NI->insertBefore(User);
1969   NI->setName(User->getName());
1970   User->replaceAllUsesWith(NI);
1971   NI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1972   RedoInsts.insert(I);
1973   MadeChange = true;
1974   return NI;
1975 }
1976
1977 /// Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1978 /// instructions is not allowed.
1979 void ReassociatePass::OptimizeInst(Instruction *I) {
1980   // Only consider operations that we understand.
1981   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1982     return;
1983
1984   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1985     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1986     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
1987     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
1988         (I->hasOneUse() &&
1989          (isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul) ||
1990           isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Add)))) {
1991       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
1992       RedoInsts.insert(I);
1993       MadeChange = true;
1994       I = NI;
1995     }
1996
1997   // Canonicalize negative constants out of expressions.
1998   if (Instruction *Res = canonicalizeNegConstExpr(I))
1999     I = Res;
2000
2001   // Commute binary operators, to canonicalize the order of their operands.
2002   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing other
2003   // transformations simpler.
2004   if (I->isCommutative())
2005     canonicalizeOperands(I);
2006
2007   // Don't optimize floating point instructions that don't have unsafe algebra.
2008   if (I->getType()->isFPOrFPVectorTy() && !I->hasUnsafeAlgebra())
2009     return;
2010
2011   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
2012   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
2013   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
2014   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
2015   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
2016   // optimized for the most likely conditions.
2017   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
2018     return;
2019
2020   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
2021   // see if we can convert it to X+-Y.
2022   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
2023     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2024       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2025       RedoInsts.insert(I);
2026       MadeChange = true;
2027       I = NI;
2028     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
2029       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2030       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2031       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
2032           (!I->hasOneUse() ||
2033            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul))) {
2034         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2035         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2036         // reassociate further.
2037         for (User *U : NI->users()) {
2038           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2039             RedoInsts.insert(Tmp);
2040         }
2041         RedoInsts.insert(I);
2042         MadeChange = true;
2043         I = NI;
2044       }
2045     }
2046   } else if (I->getOpcode() == Instruction::FSub) {
2047     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2048       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2049       RedoInsts.insert(I);
2050       MadeChange = true;
2051       I = NI;
2052     } else if (BinaryOperator::isFNeg(I)) {
2053       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2054       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2055       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::FMul) &&
2056           (!I->hasOneUse() ||
2057            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::FMul))) {
2058         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2059         // reassociate further.
2060         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2061         for (User *U : NI->users()) {
2062           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2063             RedoInsts.insert(Tmp);
2064         }
2065         RedoInsts.insert(I);
2066         MadeChange = true;
2067         I = NI;
2068       }
2069     }
2070   }
2071
2072   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
2073   if (!I->isAssociative()) return;
2074   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
2075
2076   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
2077   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
2078   unsigned Opcode = BO->getOpcode();
2079   if (BO->hasOneUse() && BO->user_back()->getOpcode() == Opcode) {
2080     // During the initial run we will get to the root of the tree.
2081     // But if we get here while we are redoing instructions, there is no
2082     // guarantee that the root will be visited. So Redo later
2083     if (BO->user_back() != BO &&
2084         BO->getParent() == BO->user_back()->getParent())
2085       RedoInsts.insert(BO->user_back());
2086     return;
2087   }
2088
2089   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
2090   // until we process the subtract.
2091   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
2092       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
2093     return;
2094   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
2095       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::FSub)
2096     return;
2097
2098   ReassociateExpression(BO);
2099 }
2100
2101 void ReassociatePass::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
2102   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
2103   // operand information.
2104   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
2105   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
2106   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
2107   Ops.reserve(Tree.size());
2108   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
2109     RepeatedValue E = Tree[i];
2110     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
2111                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
2112   }
2113
2114   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2115
2116   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
2117   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
2118   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
2119   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
2120   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
2121   // the vector.
2122   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
2123
2124   // Now that we have the expression tree in a convenient
2125   // sorted form, optimize it globally if possible.
2126   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
2127     if (V == I)
2128       // Self-referential expression in unreachable code.
2129       return;
2130     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2131     // eliminate it.
2132     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
2133     I->replaceAllUsesWith(V);
2134     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
2135       VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2136     RedoInsts.insert(I);
2137     ++NumAnnihil;
2138     return;
2139   }
2140
2141   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
2142   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
2143   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
2144   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
2145   if (I->hasOneUse()) {
2146     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul &&
2147         cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
2148         isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
2149         cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
2150       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2151       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2152     } else if (I->getOpcode() == Instruction::FMul &&
2153                cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() ==
2154                    Instruction::FAdd &&
2155                isa<ConstantFP>(Ops.back().Op) &&
2156                cast<ConstantFP>(Ops.back().Op)->isExactlyValue(-1.0)) {
2157       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2158       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2159     }
2160   }
2161
2162   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2163
2164   if (Ops.size() == 1) {
2165     if (Ops[0].Op == I)
2166       // Self-referential expression in unreachable code.
2167       return;
2168
2169     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2170     // eliminate it.
2171     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
2172     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
2173       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2174     RedoInsts.insert(I);
2175     return;
2176   }
2177
2178   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
2179   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
2180   RewriteExprTree(I, Ops);
2181 }
2182
2183 PreservedAnalyses ReassociatePass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &) {
2184   // Get the functions basic blocks in Reverse Post Order. This order is used by
2185   // BuildRankMap to pre calculate ranks correctly. It also excludes dead basic
2186   // blocks (it has been seen that the analysis in this pass could hang when
2187   // analysing dead basic blocks).
2188   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2189
2190   // Calculate the rank map for F.
2191   BuildRankMap(F, RPOT);
2192
2193   MadeChange = false;
2194   // Traverse the same blocks that was analysed by BuildRankMap.
2195   for (BasicBlock *BI : RPOT) {
2196     assert(RankMap.count(&*BI) && "BB should be ranked.");
2197     // Optimize every instruction in the basic block.
2198     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE;)
2199       if (isInstructionTriviallyDead(&*II)) {
2200         EraseInst(&*II++);
2201       } else {
2202         OptimizeInst(&*II);
2203         assert(II->getParent() == &*BI && "Moved to a different block!");
2204         ++II;
2205       }
2206
2207     // Make a copy of all the instructions to be redone so we can remove dead
2208     // instructions.
2209     SetVector<AssertingVH<Instruction>> ToRedo(RedoInsts);
2210     // Iterate over all instructions to be reevaluated and remove trivially dead
2211     // instructions. If any operand of the trivially dead instruction becomes
2212     // dead mark it for deletion as well. Continue this process until all
2213     // trivially dead instructions have been removed.
2214     while (!ToRedo.empty()) {
2215       Instruction *I = ToRedo.pop_back_val();
2216       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2217         RecursivelyEraseDeadInsts(I, ToRedo);
2218         MadeChange = true;
2219       }
2220     }
2221
2222     // Now that we have removed dead instructions, we can reoptimize the
2223     // remaining instructions.
2224     while (!RedoInsts.empty()) {
2225       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
2226       if (isInstructionTriviallyDead(I))
2227         EraseInst(I);
2228       else
2229         OptimizeInst(I);
2230     }
2231   }
2232
2233   // We are done with the rank map.
2234   RankMap.clear();
2235   ValueRankMap.clear();
2236
2237   if (MadeChange) {
2238     PreservedAnalyses PA;
2239     PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
2240     PA.preserve<GlobalsAA>();
2241     return PA;
2242   }
2243
2244   return PreservedAnalyses::all();
2245 }
2246
2247 namespace {
2248   class ReassociateLegacyPass : public FunctionPass {
2249     ReassociatePass Impl;
2250   public:
2251     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2252     ReassociateLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
2253       initializeReassociateLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2254     }
2255
2256     bool runOnFunction(Function &F) override {
2257       if (skipFunction(F))
2258         return false;
2259
2260       FunctionAnalysisManager DummyFAM;
2261       auto PA = Impl.run(F, DummyFAM);
2262       return !PA.areAllPreserved();
2263     }
2264
2265     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2266       AU.setPreservesCFG();
2267       AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2268     }
2269   };
2270 }
2271
2272 char ReassociateLegacyPass::ID = 0;
2273 INITIALIZE_PASS(ReassociateLegacyPass, "reassociate",
2274                 "Reassociate expressions", false, false)
2275
2276 // Public interface to the Reassociate pass
2277 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() {
2278   return new ReassociateLegacyPass();
2279 }