]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm-project/llvm/lib/Transforms/Utils/SimplifyCFG.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / llvm / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // Peephole optimize the CFG.
10 //
11 //===----------------------------------------------------------------------===//
12
13 #include "llvm/ADT/APInt.h"
14 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
19 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
23 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
24 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
25 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
26 #include "llvm/Analysis/EHPersonalities.h"
27 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
28 #include "llvm/Analysis/MemorySSA.h"
29 #include "llvm/Analysis/MemorySSAUpdater.h"
30 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
31 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
32 #include "llvm/IR/Attributes.h"
33 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
34 #include "llvm/IR/CFG.h"
35 #include "llvm/IR/CallSite.h"
36 #include "llvm/IR/Constant.h"
37 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
40 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/GlobalValue.h"
43 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
44 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
45 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
46 #include "llvm/IR/Instruction.h"
47 #include "llvm/IR/Instructions.h"
48 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
49 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
50 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
51 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
52 #include "llvm/IR/Metadata.h"
53 #include "llvm/IR/Module.h"
54 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
55 #include "llvm/IR/Operator.h"
56 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
57 #include "llvm/IR/Type.h"
58 #include "llvm/IR/Use.h"
59 #include "llvm/IR/User.h"
60 #include "llvm/IR/Value.h"
61 #include "llvm/Support/Casting.h"
62 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
63 #include "llvm/Support/Debug.h"
64 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
65 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
66 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
67 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
69 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
70 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
71 #include <algorithm>
72 #include <cassert>
73 #include <climits>
74 #include <cstddef>
75 #include <cstdint>
76 #include <iterator>
77 #include <map>
78 #include <set>
79 #include <tuple>
80 #include <utility>
81 #include <vector>
82
83 using namespace llvm;
84 using namespace PatternMatch;
85
86 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
87
88 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
89 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
90 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
91 // minimum reasonable default.
92 static cl::opt<unsigned> PHINodeFoldingThreshold(
93     "phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
94     cl::desc(
95         "Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
96
97 static cl::opt<bool> DupRet(
98     "simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
99     cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
100
101 static cl::opt<bool>
102     SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
103                cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
104
105 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
106     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
107     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
108
109 static cl::opt<bool> MergeCondStores(
110     "simplifycfg-merge-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
111     cl::desc("Hoist conditional stores even if an unconditional store does not "
112              "precede - hoist multiple conditional stores into a single "
113              "predicated store"));
114
115 static cl::opt<bool> MergeCondStoresAggressively(
116     "simplifycfg-merge-cond-stores-aggressively", cl::Hidden, cl::init(false),
117     cl::desc("When merging conditional stores, do so even if the resultant "
118              "basic blocks are unlikely to be if-converted as a result"));
119
120 static cl::opt<bool> SpeculateOneExpensiveInst(
121     "speculate-one-expensive-inst", cl::Hidden, cl::init(true),
122     cl::desc("Allow exactly one expensive instruction to be speculatively "
123              "executed"));
124
125 static cl::opt<unsigned> MaxSpeculationDepth(
126     "max-speculation-depth", cl::Hidden, cl::init(10),
127     cl::desc("Limit maximum recursion depth when calculating costs of "
128              "speculatively executed instructions"));
129
130 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
131 STATISTIC(NumLinearMaps,
132           "Number of switch instructions turned into linear mapping");
133 STATISTIC(NumLookupTables,
134           "Number of switch instructions turned into lookup tables");
135 STATISTIC(
136     NumLookupTablesHoles,
137     "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
138 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
139 STATISTIC(NumSinkCommons,
140           "Number of common instructions sunk down to the end block");
141 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
142
143 namespace {
144
145 // The first field contains the value that the switch produces when a certain
146 // case group is selected, and the second field is a vector containing the
147 // cases composing the case group.
148 using SwitchCaseResultVectorTy =
149     SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>;
150
151 // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
152 // and the second field contains the value generated for a certain case in the
153 // switch for that PHI.
154 using SwitchCaseResultsTy = SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4>;
155
156 /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
157 struct ValueEqualityComparisonCase {
158   ConstantInt *Value;
159   BasicBlock *Dest;
160
161   ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
162       : Value(Value), Dest(Dest) {}
163
164   bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
165     // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
166     return Value < RHS.Value;
167   }
168
169   bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
170 };
171
172 class SimplifyCFGOpt {
173   const TargetTransformInfo &TTI;
174   const DataLayout &DL;
175   SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> *LoopHeaders;
176   const SimplifyCFGOptions &Options;
177   bool Resimplify;
178
179   Value *isValueEqualityComparison(Instruction *TI);
180   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(
181       Instruction *TI, std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
182   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(Instruction *TI,
183                                                      BasicBlock *Pred,
184                                                      IRBuilder<> &Builder);
185   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(Instruction *TI,
186                                            IRBuilder<> &Builder);
187
188   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
189   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
190   bool SimplifySingleResume(ResumeInst *RI);
191   bool SimplifyCommonResume(ResumeInst *RI);
192   bool SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI);
193   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
194   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
195   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
196   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder);
197   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder);
198
199   bool tryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
200                                              IRBuilder<> &Builder);
201
202 public:
203   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
204                  SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> *LoopHeaders,
205                  const SimplifyCFGOptions &Opts)
206       : TTI(TTI), DL(DL), LoopHeaders(LoopHeaders), Options(Opts) {}
207
208   bool run(BasicBlock *BB);
209   bool simplifyOnce(BasicBlock *BB);
210
211   // Helper to set Resimplify and return change indication.
212   bool requestResimplify() {
213     Resimplify = true;
214     return true;
215   }
216 };
217
218 } // end anonymous namespace
219
220 /// Return true if it is safe to merge these two
221 /// terminator instructions together.
222 static bool
223 SafeToMergeTerminators(Instruction *SI1, Instruction *SI2,
224                        SmallSetVector<BasicBlock *, 4> *FailBlocks = nullptr) {
225   if (SI1 == SI2)
226     return false; // Can't merge with self!
227
228   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
229   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
230   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
231   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
232   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
233
234   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
235   bool Fail = false;
236   for (BasicBlock *Succ : successors(SI2BB))
237     if (SI1Succs.count(Succ))
238       for (BasicBlock::iterator BBI = Succ->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
239         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
240         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
241             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)) {
242           if (FailBlocks)
243             FailBlocks->insert(Succ);
244           Fail = true;
245         }
246       }
247
248   return !Fail;
249 }
250
251 /// Return true if it is safe and profitable to merge these two terminator
252 /// instructions together, where SI1 is an unconditional branch. PhiNodes will
253 /// store all PHI nodes in common successors.
254 static bool
255 isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1, BranchInst *SI2,
256                                 Instruction *Cond,
257                                 SmallVectorImpl<PHINode *> &PhiNodes) {
258   if (SI1 == SI2)
259     return false; // Can't merge with self!
260   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
261
262   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
263   // common successors:
264   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
265   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
266   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
267   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
268   if (!Ci2)
269     return false;
270   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
271         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
272       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
273         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
274     return false;
275
276   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
277   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
278   SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
279   for (BasicBlock *Succ : successors(SI2BB))
280     if (SI1Succs.count(Succ))
281       for (BasicBlock::iterator BBI = Succ->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
282         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
283         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
284             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
285           return false;
286         PhiNodes.push_back(PN);
287       }
288   return true;
289 }
290
291 /// Update PHI nodes in Succ to indicate that there will now be entries in it
292 /// from the 'NewPred' block. The values that will be flowing into the PHI nodes
293 /// will be the same as those coming in from ExistPred, an existing predecessor
294 /// of Succ.
295 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
296                                   BasicBlock *ExistPred,
297                                   MemorySSAUpdater *MSSAU = nullptr) {
298   for (PHINode &PN : Succ->phis())
299     PN.addIncoming(PN.getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
300   if (MSSAU)
301     if (auto *MPhi = MSSAU->getMemorySSA()->getMemoryAccess(Succ))
302       MPhi->addIncoming(MPhi->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
303 }
304
305 /// Compute an abstract "cost" of speculating the given instruction,
306 /// which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means cheap,
307 /// TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
308 /// expensive.
309 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I,
310                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
311   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
312          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
313   return TTI.getUserCost(I);
314 }
315
316 /// If we have a merge point of an "if condition" as accepted above,
317 /// return true if the specified value dominates the block.  We
318 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
319 /// which works well enough for us.
320 ///
321 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
322 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
323 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
324 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
325 /// set and true is returned.
326 ///
327 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
328 /// Select whose cost is 2.
329 ///
330 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
331 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
332 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
333 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
334                                 SmallPtrSetImpl<Instruction *> &AggressiveInsts,
335                                 unsigned &CostRemaining,
336                                 const TargetTransformInfo &TTI,
337                                 unsigned Depth = 0) {
338   // It is possible to hit a zero-cost cycle (phi/gep instructions for example),
339   // so limit the recursion depth.
340   // TODO: While this recursion limit does prevent pathological behavior, it
341   // would be better to track visited instructions to avoid cycles.
342   if (Depth == MaxSpeculationDepth)
343     return false;
344
345   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
346   if (!I) {
347     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
348     // can be executed unconditionally.
349     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
350       if (C->canTrap())
351         return false;
352     return true;
353   }
354   BasicBlock *PBB = I->getParent();
355
356   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
357   // the bottom of this block.
358   if (PBB == BB)
359     return false;
360
361   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
362   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
363   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
364   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
365   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
366     return true;
367
368   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
369   if (AggressiveInsts.count(I))
370     return true;
371
372   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
373   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
374   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
375   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
376     return false;
377
378   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, TTI);
379
380   // Allow exactly one instruction to be speculated regardless of its cost
381   // (as long as it is safe to do so).
382   // This is intended to flatten the CFG even if the instruction is a division
383   // or other expensive operation. The speculation of an expensive instruction
384   // is expected to be undone in CodeGenPrepare if the speculation has not
385   // enabled further IR optimizations.
386   if (Cost > CostRemaining &&
387       (!SpeculateOneExpensiveInst || !AggressiveInsts.empty() || Depth > 0))
388     return false;
389
390   // Avoid unsigned wrap.
391   CostRemaining = (Cost > CostRemaining) ? 0 : CostRemaining - Cost;
392
393   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
394   // not take us over the cost threshold.
395   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
396     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, TTI,
397                              Depth + 1))
398       return false;
399   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
400   AggressiveInsts.insert(I);
401   return true;
402 }
403
404 /// Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
405 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
406 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout &DL) {
407   // Normal constant int.
408   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
409   if (CI || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
410     return CI;
411
412   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
413   // ConstantInt if possible.
414   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL.getIntPtrType(V->getType()));
415
416   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
417   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
418     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
419
420   // IntToPtr const int.
421   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
422     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
423       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
424         // The constant is very likely to have the right type already.
425         if (CI->getType() == PtrTy)
426           return CI;
427         else
428           return cast<ConstantInt>(
429               ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
430       }
431   return nullptr;
432 }
433
434 namespace {
435
436 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
437 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
438 /// structure.
439 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
440 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
441 /// representing the different cases for the switch.
442 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
443 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
444 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
445 /// fail.
446 struct ConstantComparesGatherer {
447   const DataLayout &DL;
448
449   /// Value found for the switch comparison
450   Value *CompValue = nullptr;
451
452   /// Extra clause to be checked before the switch
453   Value *Extra = nullptr;
454
455   /// Set of integers to match in switch
456   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals;
457
458   /// Number of comparisons matched in the and/or chain
459   unsigned UsedICmps = 0;
460
461   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
462   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout &DL) : DL(DL) {
463     gather(Cond);
464   }
465
466   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
467   ConstantComparesGatherer &
468   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
469
470 private:
471   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
472   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
473   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
474     if (CompValue && CompValue != NewVal)
475       return false;
476     CompValue = NewVal;
477     return (CompValue != nullptr);
478   }
479
480   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
481   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
482   /// match depending on isEQ).
483   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
484   /// against is placed in CompValue.
485   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
486   /// is found but the value compared to is different.
487   bool matchInstruction(Instruction *I, bool isEQ) {
488     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
489     ICmpInst *ICI;
490     ConstantInt *C;
491     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
492           (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
493       return false;
494     }
495
496     Value *RHSVal;
497     const APInt *RHSC;
498
499     // Pattern match a special case
500     // (x & ~2^z) == y --> x == y || x == y|2^z
501     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
502     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ : ICmpInst::ICMP_NE)) {
503       // It's a little bit hard to see why the following transformations are
504       // correct. Here is a CVC3 program to verify them for 64-bit values:
505
506       /*
507          ONE  : BITVECTOR(64) = BVZEROEXTEND(0bin1, 63);
508          x    : BITVECTOR(64);
509          y    : BITVECTOR(64);
510          z    : BITVECTOR(64);
511          mask : BITVECTOR(64) = BVSHL(ONE, z);
512          QUERY( (y & ~mask = y) =>
513                 ((x & ~mask = y) <=> (x = y OR x = (y |  mask)))
514          );
515          QUERY( (y |  mask = y) =>
516                 ((x |  mask = y) <=> (x = y OR x = (y & ~mask)))
517          );
518       */
519
520       // Please note that each pattern must be a dual implication (<--> or
521       // iff). One directional implication can create spurious matches. If the
522       // implication is only one-way, an unsatisfiable condition on the left
523       // side can imply a satisfiable condition on the right side. Dual
524       // implication ensures that satisfiable conditions are transformed to
525       // other satisfiable conditions and unsatisfiable conditions are
526       // transformed to other unsatisfiable conditions.
527
528       // Here is a concrete example of a unsatisfiable condition on the left
529       // implying a satisfiable condition on the right:
530       //
531       // mask = (1 << z)
532       // (x & ~mask) == y  --> (x == y || x == (y | mask))
533       //
534       // Substituting y = 3, z = 0 yields:
535       // (x & -2) == 3 --> (x == 3 || x == 2)
536
537       // Pattern match a special case:
538       /*
539         QUERY( (y & ~mask = y) =>
540                ((x & ~mask = y) <=> (x = y OR x = (y |  mask)))
541         );
542       */
543       if (match(ICI->getOperand(0),
544                 m_And(m_Value(RHSVal), m_APInt(RHSC)))) {
545         APInt Mask = ~*RHSC;
546         if (Mask.isPowerOf2() && (C->getValue() & ~Mask) == C->getValue()) {
547           // If we already have a value for the switch, it has to match!
548           if (!setValueOnce(RHSVal))
549             return false;
550
551           Vals.push_back(C);
552           Vals.push_back(
553               ConstantInt::get(C->getContext(),
554                                C->getValue() | Mask));
555           UsedICmps++;
556           return true;
557         }
558       }
559
560       // Pattern match a special case:
561       /*
562         QUERY( (y |  mask = y) =>
563                ((x |  mask = y) <=> (x = y OR x = (y & ~mask)))
564         );
565       */
566       if (match(ICI->getOperand(0),
567                 m_Or(m_Value(RHSVal), m_APInt(RHSC)))) {
568         APInt Mask = *RHSC;
569         if (Mask.isPowerOf2() && (C->getValue() | Mask) == C->getValue()) {
570           // If we already have a value for the switch, it has to match!
571           if (!setValueOnce(RHSVal))
572             return false;
573
574           Vals.push_back(C);
575           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
576                                           C->getValue() & ~Mask));
577           UsedICmps++;
578           return true;
579         }
580       }
581
582       // If we already have a value for the switch, it has to match!
583       if (!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
584         return false;
585
586       UsedICmps++;
587       Vals.push_back(C);
588       return ICI->getOperand(0);
589     }
590
591     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
592     ConstantRange Span = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(
593         ICI->getPredicate(), C->getValue());
594
595     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
596     // compare idiom as emitted by instcombine.
597     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
598     if (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_APInt(RHSC)))) {
599       Span = Span.subtract(*RHSC);
600       CandidateVal = RHSVal;
601     }
602
603     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
604     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
605     // x != 0 && x != 1.
606     if (!isEQ)
607       Span = Span.inverse();
608
609     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
610     if (Span.isSizeLargerThan(8) || Span.isEmptySet()) {
611       return false;
612     }
613
614     // If we already have a value for the switch, it has to match!
615     if (!setValueOnce(CandidateVal))
616       return false;
617
618     // Add all values from the range to the set
619     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
620       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
621
622     UsedICmps++;
623     return true;
624   }
625
626   /// Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
627   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
628   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
629   /// vector.
630   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
631   void gather(Value *V) {
632     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
633     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
634
635     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
636     SmallVector<Value *, 8> DFT;
637     SmallPtrSet<Value *, 8> Visited;
638
639     // Initialize
640     Visited.insert(V);
641     DFT.push_back(V);
642
643     while (!DFT.empty()) {
644       V = DFT.pop_back_val();
645
646       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
647         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
648         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
649           if (Visited.insert(I->getOperand(1)).second)
650             DFT.push_back(I->getOperand(1));
651           if (Visited.insert(I->getOperand(0)).second)
652             DFT.push_back(I->getOperand(0));
653           continue;
654         }
655
656         // Try to match the current instruction
657         if (matchInstruction(I, isEQ))
658           // Match succeed, continue the loop
659           continue;
660       }
661
662       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
663       // comparison against the same value as the others.
664       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
665       if (!Extra) {
666         Extra = V;
667         continue;
668       }
669       // Failed to parse a proper sequence, abort now
670       CompValue = nullptr;
671       break;
672     }
673   }
674 };
675
676 } // end anonymous namespace
677
678 static void EraseTerminatorAndDCECond(Instruction *TI,
679                                       MemorySSAUpdater *MSSAU = nullptr) {
680   Instruction *Cond = nullptr;
681   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
682     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
683   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
684     if (BI->isConditional())
685       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
686   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
687     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
688   }
689
690   TI->eraseFromParent();
691   if (Cond)
692     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond, nullptr, MSSAU);
693 }
694
695 /// Return true if the specified terminator checks
696 /// to see if a value is equal to constant integer value.
697 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(Instruction *TI) {
698   Value *CV = nullptr;
699   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
700     // Do not permit merging of large switch instructions into their
701     // predecessors unless there is only one predecessor.
702     if (!SI->getParent()->hasNPredecessorsOrMore(128 / SI->getNumSuccessors()))
703       CV = SI->getCondition();
704   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
705     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
706       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
707         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
708           CV = ICI->getOperand(0);
709       }
710
711   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
712   if (CV) {
713     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
714       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
715       if (PTII->getType() == DL.getIntPtrType(Ptr->getType()))
716         CV = Ptr;
717     }
718   }
719   return CV;
720 }
721
722 /// Given a value comparison instruction,
723 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
724 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::GetValueEqualityComparisonCases(
725     Instruction *TI, std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
726   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
727     Cases.reserve(SI->getNumCases());
728     for (auto Case : SI->cases())
729       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(Case.getCaseValue(),
730                                                   Case.getCaseSuccessor()));
731     return SI->getDefaultDest();
732   }
733
734   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
735   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
736   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
737   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(
738       GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL), Succ));
739   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
740 }
741
742 /// Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
743 /// in the list that match the specified block.
744 static void
745 EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
746                     std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
747   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
748 }
749
750 /// Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as well.
751 static bool ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
752                           std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C2) {
753   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
754
755   // Make V1 be smaller than V2.
756   if (V1->size() > V2->size())
757     std::swap(V1, V2);
758
759   if (V1->empty())
760     return false;
761   if (V1->size() == 1) {
762     // Just scan V2.
763     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
764     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
765       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
766         return true;
767   }
768
769   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
770   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
771   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
772   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
773   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
774     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
775       return true;
776     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
777       ++i1;
778     else
779       ++i2;
780   }
781   return false;
782 }
783
784 // Set branch weights on SwitchInst. This sets the metadata if there is at
785 // least one non-zero weight.
786 static void setBranchWeights(SwitchInst *SI, ArrayRef<uint32_t> Weights) {
787   // Check that there is at least one non-zero weight. Otherwise, pass
788   // nullptr to setMetadata which will erase the existing metadata.
789   MDNode *N = nullptr;
790   if (llvm::any_of(Weights, [](uint32_t W) { return W != 0; }))
791     N = MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).createBranchWeights(Weights);
792   SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, N);
793 }
794
795 // Similar to the above, but for branch and select instructions that take
796 // exactly 2 weights.
797 static void setBranchWeights(Instruction *I, uint32_t TrueWeight,
798                              uint32_t FalseWeight) {
799   assert(isa<BranchInst>(I) || isa<SelectInst>(I));
800   // Check that there is at least one non-zero weight. Otherwise, pass
801   // nullptr to setMetadata which will erase the existing metadata.
802   MDNode *N = nullptr;
803   if (TrueWeight || FalseWeight)
804     N = MDBuilder(I->getParent()->getContext())
805             .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight);
806   I->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, N);
807 }
808
809 /// If TI is known to be a terminator instruction and its block is known to
810 /// only have a single predecessor block, check to see if that predecessor is
811 /// also a value comparison with the same value, and if that comparison
812 /// determines the outcome of this comparison. If so, simplify TI. This does a
813 /// very limited form of jump threading.
814 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(
815     Instruction *TI, BasicBlock *Pred, IRBuilder<> &Builder) {
816   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
817   if (!PredVal)
818     return false; // Not a value comparison in predecessor.
819
820   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
821   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
822   if (ThisVal != PredVal)
823     return false; // Different predicates.
824
825   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
826   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
827
828   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
829   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
830   BasicBlock *PredDef =
831       GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(), PredCases);
832   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases); // Remove default from cases.
833
834   // Find information about how control leaves this block.
835   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
836   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
837   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases); // Remove default from cases.
838
839   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
840   // simplify TI based on this knowledge.
841   if (PredDef == TI->getParent()) {
842     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
843     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
844     // can simplify TI.
845     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
846       return false;
847
848     if (isa<BranchInst>(TI)) {
849       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
850       // uncond br.
851       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
852       // Insert the new branch.
853       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
854       (void)NI;
855
856       // Remove PHI node entries for the dead edge.
857       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
858
859       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
860                         << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI
861                         << "\n");
862
863       EraseTerminatorAndDCECond(TI);
864       return true;
865     }
866
867     SwitchInstProfUpdateWrapper SI = *cast<SwitchInst>(TI);
868     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
869     SmallPtrSet<Constant *, 16> DeadCases;
870     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
871       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
872
873     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
874                       << "Through successor TI: " << *TI);
875
876     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
877       --i;
878       if (DeadCases.count(i->getCaseValue())) {
879         i->getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
880         SI.removeCase(i);
881       }
882     }
883     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
884     return true;
885   }
886
887   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
888   // which value (or set of values) this is.
889   ConstantInt *TIV = nullptr;
890   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
891   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
892     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
893       if (TIV)
894         return false; // Cannot handle multiple values coming to this block.
895       TIV = PredCases[i].Value;
896     }
897   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
898
899   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
900   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
901   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
902   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
903     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
904       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
905       break;
906     }
907
908   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
909   if (!TheRealDest)
910     TheRealDest = ThisDef;
911
912   // Remove PHI node entries for dead edges.
913   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
914   for (BasicBlock *Succ : successors(TIBB))
915     if (Succ != CheckEdge)
916       Succ->removePredecessor(TIBB);
917     else
918       CheckEdge = nullptr;
919
920   // Insert the new branch.
921   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
922   (void)NI;
923
924   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
925                     << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI
926                     << "\n");
927
928   EraseTerminatorAndDCECond(TI);
929   return true;
930 }
931
932 namespace {
933
934 /// This class implements a stable ordering of constant
935 /// integers that does not depend on their address.  This is important for
936 /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
937 struct ConstantIntOrdering {
938   bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
939     return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
940   }
941 };
942
943 } // end anonymous namespace
944
945 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
946                                     ConstantInt *const *P2) {
947   const ConstantInt *LHS = *P1;
948   const ConstantInt *RHS = *P2;
949   if (LHS == RHS)
950     return 0;
951   return LHS->getValue().ult(RHS->getValue()) ? 1 : -1;
952 }
953
954 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction *I) {
955   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
956   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
957     if (MDString *MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
958       return MDS->getString().equals("branch_weights");
959
960   return false;
961 }
962
963 /// Get Weights of a given terminator, the default weight is at the front
964 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
965 /// metadata.
966 static void GetBranchWeights(Instruction *TI,
967                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
968   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
969   assert(MD);
970   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
971     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
972     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
973   }
974
975   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
976   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
977   // default weight to be the first entry.
978   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
979     assert(Weights.size() == 2);
980     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
981     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
982       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
983   }
984 }
985
986 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
987 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
988   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
989   if (Max > UINT_MAX) {
990     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
991     for (uint64_t &I : Weights)
992       I >>= Offset;
993   }
994 }
995
996 /// The specified terminator is a value equality comparison instruction
997 /// (either a switch or a branch on "X == c").
998 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
999 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
1000 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(Instruction *TI,
1001                                                          IRBuilder<> &Builder) {
1002   BasicBlock *BB = TI->getParent();
1003   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI); // CondVal
1004   assert(CV && "Not a comparison?");
1005   bool Changed = false;
1006
1007   SmallVector<BasicBlock *, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
1008   while (!Preds.empty()) {
1009     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
1010
1011     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
1012     Instruction *PTI = Pred->getTerminator();
1013     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI); // PredCondVal
1014
1015     if (PCV == CV && TI != PTI) {
1016       SmallSetVector<BasicBlock*, 4> FailBlocks;
1017       if (!SafeToMergeTerminators(TI, PTI, &FailBlocks)) {
1018         for (auto *Succ : FailBlocks) {
1019           if (!SplitBlockPredecessors(Succ, TI->getParent(), ".fold.split"))
1020             return false;
1021         }
1022       }
1023
1024       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
1025       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
1026       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
1027
1028       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
1029       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
1030
1031       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
1032       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
1033       // build.
1034       SmallVector<BasicBlock *, 8> NewSuccessors;
1035
1036       // Update the branch weight metadata along the way
1037       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
1038       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
1039       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
1040
1041       if (PredHasWeights) {
1042         GetBranchWeights(PTI, Weights);
1043         // branch-weight metadata is inconsistent here.
1044         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
1045           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
1046       } else if (SuccHasWeights)
1047         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
1048         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
1049         // successor's weights
1050         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
1051
1052       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
1053       if (SuccHasWeights) {
1054         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
1055         // branch-weight metadata is inconsistent here.
1056         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
1057           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
1058       } else if (PredHasWeights)
1059         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
1060
1061       if (PredDefault == BB) {
1062         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
1063         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
1064         std::set<ConstantInt *, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
1065         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1066           if (PredCases[i].Dest != BB)
1067             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
1068           else {
1069             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
1070             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
1071
1072             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1073               // Increase weight for the default case.
1074               Weights[0] += Weights[i + 1];
1075               std::swap(Weights[i + 1], Weights.back());
1076               Weights.pop_back();
1077             }
1078
1079             PredCases.pop_back();
1080             --i;
1081             --e;
1082           }
1083
1084         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
1085         if (PredDefault != BBDefault) {
1086           PredDefault->removePredecessor(Pred);
1087           PredDefault = BBDefault;
1088           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
1089         }
1090
1091         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
1092         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
1093         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
1094           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
1095               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
1096             PredCases.push_back(BBCases[i]);
1097             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
1098             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
1099               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
1100               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
1101               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
1102               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i + 1]);
1103               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i + 1];
1104             }
1105           }
1106
1107         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
1108           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
1109           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
1110           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
1111             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
1112           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
1113           Weights[0] *= SuccWeights[0];
1114         }
1115       } else {
1116         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
1117         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
1118         // activated.
1119         std::set<ConstantInt *, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
1120         std::map<ConstantInt *, uint64_t> WeightsForHandled;
1121         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1122           if (PredCases[i].Dest == BB) {
1123             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
1124
1125             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1126               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i + 1];
1127               std::swap(Weights[i + 1], Weights.back());
1128               Weights.pop_back();
1129             }
1130
1131             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
1132             PredCases.pop_back();
1133             --i;
1134             --e;
1135           }
1136
1137         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
1138         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
1139         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
1140           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
1141             // If this is one we are capable of getting...
1142             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
1143               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
1144             PredCases.push_back(BBCases[i]);
1145             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
1146             PTIHandled.erase(
1147                 BBCases[i].Value); // This constant is taken care of
1148           }
1149
1150         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
1151         // they must go to the default destination of TI.
1152         for (ConstantInt *I : PTIHandled) {
1153           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
1154             Weights.push_back(WeightsForHandled[I]);
1155           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(I, BBDefault));
1156           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
1157         }
1158       }
1159
1160       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
1161       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
1162       // successors.
1163       for (BasicBlock *NewSuccessor : NewSuccessors)
1164         AddPredecessorToBlock(NewSuccessor, Pred, BB);
1165
1166       Builder.SetInsertPoint(PTI);
1167       // Convert pointer to int before we switch.
1168       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
1169         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL.getIntPtrType(CV->getType()),
1170                                     "magicptr");
1171       }
1172
1173       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
1174       SwitchInst *NewSI =
1175           Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault, PredCases.size());
1176       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1177       for (ValueEqualityComparisonCase &V : PredCases)
1178         NewSI->addCase(V.Value, V.Dest);
1179
1180       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1181         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1182         FitWeights(Weights);
1183
1184         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1185
1186         setBranchWeights(NewSI, MDWeights);
1187       }
1188
1189       EraseTerminatorAndDCECond(PTI);
1190
1191       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1192       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1193       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1194       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1195       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1196         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1197           if (!InfLoopBlock) {
1198             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1199             // or it won't matter if it's hot. :)
1200             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "infloop",
1201                                               BB->getParent());
1202             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1203           }
1204           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1205         }
1206
1207       Changed = true;
1208     }
1209   }
1210   return Changed;
1211 }
1212
1213 // If we would need to insert a select that uses the value of this invoke
1214 // (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we would need to do this), we
1215 // can't hoist the invoke, as there is nowhere to put the select in this case.
1216 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1217                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1218   for (BasicBlock *Succ : successors(BB1)) {
1219     for (const PHINode &PN : Succ->phis()) {
1220       Value *BB1V = PN.getIncomingValueForBlock(BB1);
1221       Value *BB2V = PN.getIncomingValueForBlock(BB2);
1222       if (BB1V != BB2V && (BB1V == I1 || BB2V == I2)) {
1223         return false;
1224       }
1225     }
1226   }
1227   return true;
1228 }
1229
1230 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1231
1232 /// Given a conditional branch that goes to BB1 and BB2, hoist any common code
1233 /// in the two blocks up into the branch block. The caller of this function
1234 /// guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1235 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI,
1236                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1237   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1238   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1239   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1240   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1241   // identical order.
1242   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0); // The true destination.
1243   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1); // The false destination
1244
1245   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1246   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1247
1248   Instruction *I1 = &*BB1_Itr++, *I2 = &*BB2_Itr++;
1249   // Skip debug info if it is not identical.
1250   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1251   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1252   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1253     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1254       I1 = &*BB1_Itr++;
1255     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1256       I2 = &*BB2_Itr++;
1257   }
1258   // FIXME: Can we define a safety predicate for CallBr?
1259   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1260       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)) ||
1261       isa<CallBrInst>(I1))
1262     return false;
1263
1264   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1265
1266   bool Changed = false;
1267   do {
1268     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1269     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1270     if (I1->isTerminator())
1271       goto HoistTerminator;
1272
1273     // If we're going to hoist a call, make sure that the two instructions we're
1274     // commoning/hoisting are both marked with musttail, or neither of them is
1275     // marked as such. Otherwise, we might end up in a situation where we hoist
1276     // from a block where the terminator is a `ret` to a block where the terminator
1277     // is a `br`, and `musttail` calls expect to be followed by a return.
1278     auto *C1 = dyn_cast<CallInst>(I1);
1279     auto *C2 = dyn_cast<CallInst>(I2);
1280     if (C1 && C2)
1281       if (C1->isMustTailCall() != C2->isMustTailCall())
1282         return Changed;
1283
1284     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1285       return Changed;
1286
1287     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1) || isa<DbgInfoIntrinsic>(I2)) {
1288       assert (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1) && isa<DbgInfoIntrinsic>(I2));
1289       // The debug location is an integral part of a debug info intrinsic
1290       // and can't be separated from it or replaced.  Instead of attempting
1291       // to merge locations, simply hoist both copies of the intrinsic.
1292       BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(),
1293                                      BB1->getInstList(), I1);
1294       BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(),
1295                                      BB2->getInstList(), I2);
1296       Changed = true;
1297     } else {
1298       // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1299       // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1300       // the now redundant second instruction.
1301       BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(),
1302                                      BB1->getInstList(), I1);
1303       if (!I2->use_empty())
1304         I2->replaceAllUsesWith(I1);
1305       I1->andIRFlags(I2);
1306       unsigned KnownIDs[] = {LLVMContext::MD_tbaa,
1307                              LLVMContext::MD_range,
1308                              LLVMContext::MD_fpmath,
1309                              LLVMContext::MD_invariant_load,
1310                              LLVMContext::MD_nonnull,
1311                              LLVMContext::MD_invariant_group,
1312                              LLVMContext::MD_align,
1313                              LLVMContext::MD_dereferenceable,
1314                              LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null,
1315                              LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access,
1316                              LLVMContext::MD_access_group};
1317       combineMetadata(I1, I2, KnownIDs, true);
1318
1319       // I1 and I2 are being combined into a single instruction.  Its debug
1320       // location is the merged locations of the original instructions.
1321       I1->applyMergedLocation(I1->getDebugLoc(), I2->getDebugLoc());
1322
1323       I2->eraseFromParent();
1324       Changed = true;
1325     }
1326
1327     I1 = &*BB1_Itr++;
1328     I2 = &*BB2_Itr++;
1329     // Skip debug info if it is not identical.
1330     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1331     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1332     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1333       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1334         I1 = &*BB1_Itr++;
1335       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1336         I2 = &*BB2_Itr++;
1337     }
1338   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1339
1340   return true;
1341
1342 HoistTerminator:
1343   // It may not be possible to hoist an invoke.
1344   // FIXME: Can we define a safety predicate for CallBr?
1345   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1346     return Changed;
1347
1348   // TODO: callbr hoisting currently disabled pending further study.
1349   if (isa<CallBrInst>(I1))
1350     return Changed;
1351
1352   for (BasicBlock *Succ : successors(BB1)) {
1353     for (PHINode &PN : Succ->phis()) {
1354       Value *BB1V = PN.getIncomingValueForBlock(BB1);
1355       Value *BB2V = PN.getIncomingValueForBlock(BB2);
1356       if (BB1V == BB2V)
1357         continue;
1358
1359       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1360       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1361       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, &PN) ||
1362           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, &PN))
1363         return Changed;
1364
1365       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1366         return Changed;
1367       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1368         return Changed;
1369     }
1370   }
1371
1372   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1373   Instruction *NT = I1->clone();
1374   BIParent->getInstList().insert(BI->getIterator(), NT);
1375   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1376     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1377     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1378     NT->takeName(I1);
1379   }
1380
1381   // Ensure terminator gets a debug location, even an unknown one, in case
1382   // it involves inlinable calls.
1383   NT->applyMergedLocation(I1->getDebugLoc(), I2->getDebugLoc());
1384
1385   // PHIs created below will adopt NT's merged DebugLoc.
1386   IRBuilder<NoFolder> Builder(NT);
1387
1388   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1389   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1390   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1391   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1392   std::map<std::pair<Value *, Value *>, SelectInst *> InsertedSelects;
1393   for (BasicBlock *Succ : successors(BB1)) {
1394     for (PHINode &PN : Succ->phis()) {
1395       Value *BB1V = PN.getIncomingValueForBlock(BB1);
1396       Value *BB2V = PN.getIncomingValueForBlock(BB2);
1397       if (BB1V == BB2V)
1398         continue;
1399
1400       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1401       // that determines the right value.
1402       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1403       if (!SI)
1404         SI = cast<SelectInst>(
1405             Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1406                                  BB1V->getName() + "." + BB2V->getName(), BI));
1407
1408       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1409       for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1410         if (PN.getIncomingBlock(i) == BB1 || PN.getIncomingBlock(i) == BB2)
1411           PN.setIncomingValue(i, SI);
1412     }
1413   }
1414
1415   // Update any PHI nodes in our new successors.
1416   for (BasicBlock *Succ : successors(BB1))
1417     AddPredecessorToBlock(Succ, BIParent, BB1);
1418
1419   EraseTerminatorAndDCECond(BI);
1420   return true;
1421 }
1422
1423 // All instructions in Insts belong to different blocks that all unconditionally
1424 // branch to a common successor. Analyze each instruction and return true if it
1425 // would be possible to sink them into their successor, creating one common
1426 // instruction instead. For every value that would be required to be provided by
1427 // PHI node (because an operand varies in each input block), add to PHIOperands.
1428 static bool canSinkInstructions(
1429     ArrayRef<Instruction *> Insts,
1430     DenseMap<Instruction *, SmallVector<Value *, 4>> &PHIOperands) {
1431   // Prune out obviously bad instructions to move. Any non-store instruction
1432   // must have exactly one use, and we check later that use is by a single,
1433   // common PHI instruction in the successor.
1434   for (auto *I : Insts) {
1435     // These instructions may change or break semantics if moved.
1436     if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || isa<AllocaInst>(I) ||
1437         I->getType()->isTokenTy())
1438       return false;
1439
1440     // Conservatively return false if I is an inline-asm instruction. Sinking
1441     // and merging inline-asm instructions can potentially create arguments
1442     // that cannot satisfy the inline-asm constraints.
1443     if (const auto *C = dyn_cast<CallBase>(I))
1444       if (C->isInlineAsm())
1445         return false;
1446
1447     // Everything must have only one use too, apart from stores which
1448     // have no uses.
1449     if (!isa<StoreInst>(I) && !I->hasOneUse())
1450       return false;
1451   }
1452
1453   const Instruction *I0 = Insts.front();
1454   for (auto *I : Insts)
1455     if (!I->isSameOperationAs(I0))
1456       return false;
1457
1458   // All instructions in Insts are known to be the same opcode. If they aren't
1459   // stores, check the only user of each is a PHI or in the same block as the
1460   // instruction, because if a user is in the same block as an instruction
1461   // we're contemplating sinking, it must already be determined to be sinkable.
1462   if (!isa<StoreInst>(I0)) {
1463     auto *PNUse = dyn_cast<PHINode>(*I0->user_begin());
1464     auto *Succ = I0->getParent()->getTerminator()->getSuccessor(0);
1465     if (!all_of(Insts, [&PNUse,&Succ](const Instruction *I) -> bool {
1466           auto *U = cast<Instruction>(*I->user_begin());
1467           return (PNUse &&
1468                   PNUse->getParent() == Succ &&
1469                   PNUse->getIncomingValueForBlock(I->getParent()) == I) ||
1470                  U->getParent() == I->getParent();
1471         }))
1472       return false;
1473   }
1474
1475   // Because SROA can't handle speculating stores of selects, try not
1476   // to sink loads or stores of allocas when we'd have to create a PHI for
1477   // the address operand. Also, because it is likely that loads or stores
1478   // of allocas will disappear when Mem2Reg/SROA is run, don't sink them.
1479   // This can cause code churn which can have unintended consequences down
1480   // the line - see https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=30244.
1481   // FIXME: This is a workaround for a deficiency in SROA - see
1482   // https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=30188
1483   if (isa<StoreInst>(I0) && any_of(Insts, [](const Instruction *I) {
1484         return isa<AllocaInst>(I->getOperand(1));
1485       }))
1486     return false;
1487   if (isa<LoadInst>(I0) && any_of(Insts, [](const Instruction *I) {
1488         return isa<AllocaInst>(I->getOperand(0));
1489       }))
1490     return false;
1491
1492   for (unsigned OI = 0, OE = I0->getNumOperands(); OI != OE; ++OI) {
1493     if (I0->getOperand(OI)->getType()->isTokenTy())
1494       // Don't touch any operand of token type.
1495       return false;
1496
1497     auto SameAsI0 = [&I0, OI](const Instruction *I) {
1498       assert(I->getNumOperands() == I0->getNumOperands());
1499       return I->getOperand(OI) == I0->getOperand(OI);
1500     };
1501     if (!all_of(Insts, SameAsI0)) {
1502       if (!canReplaceOperandWithVariable(I0, OI))
1503         // We can't create a PHI from this GEP.
1504         return false;
1505       // Don't create indirect calls! The called value is the final operand.
1506       if (isa<CallBase>(I0) && OI == OE - 1) {
1507         // FIXME: if the call was *already* indirect, we should do this.
1508         return false;
1509       }
1510       for (auto *I : Insts)
1511         PHIOperands[I].push_back(I->getOperand(OI));
1512     }
1513   }
1514   return true;
1515 }
1516
1517 // Assuming canSinkLastInstruction(Blocks) has returned true, sink the last
1518 // instruction of every block in Blocks to their common successor, commoning
1519 // into one instruction.
1520 static bool sinkLastInstruction(ArrayRef<BasicBlock*> Blocks) {
1521   auto *BBEnd = Blocks[0]->getTerminator()->getSuccessor(0);
1522
1523   // canSinkLastInstruction returning true guarantees that every block has at
1524   // least one non-terminator instruction.
1525   SmallVector<Instruction*,4> Insts;
1526   for (auto *BB : Blocks) {
1527     Instruction *I = BB->getTerminator();
1528     do {
1529       I = I->getPrevNode();
1530     } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && I != &BB->front());
1531     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1532       Insts.push_back(I);
1533   }
1534
1535   // The only checking we need to do now is that all users of all instructions
1536   // are the same PHI node. canSinkLastInstruction should have checked this but
1537   // it is slightly over-aggressive - it gets confused by commutative instructions
1538   // so double-check it here.
1539   Instruction *I0 = Insts.front();
1540   if (!isa<StoreInst>(I0)) {
1541     auto *PNUse = dyn_cast<PHINode>(*I0->user_begin());
1542     if (!all_of(Insts, [&PNUse](const Instruction *I) -> bool {
1543           auto *U = cast<Instruction>(*I->user_begin());
1544           return U == PNUse;
1545         }))
1546       return false;
1547   }
1548
1549   // We don't need to do any more checking here; canSinkLastInstruction should
1550   // have done it all for us.
1551   SmallVector<Value*, 4> NewOperands;
1552   for (unsigned O = 0, E = I0->getNumOperands(); O != E; ++O) {
1553     // This check is different to that in canSinkLastInstruction. There, we
1554     // cared about the global view once simplifycfg (and instcombine) have
1555     // completed - it takes into account PHIs that become trivially
1556     // simplifiable.  However here we need a more local view; if an operand
1557     // differs we create a PHI and rely on instcombine to clean up the very
1558     // small mess we may make.
1559     bool NeedPHI = any_of(Insts, [&I0, O](const Instruction *I) {
1560       return I->getOperand(O) != I0->getOperand(O);
1561     });
1562     if (!NeedPHI) {
1563       NewOperands.push_back(I0->getOperand(O));
1564       continue;
1565     }
1566
1567     // Create a new PHI in the successor block and populate it.
1568     auto *Op = I0->getOperand(O);
1569     assert(!Op->getType()->isTokenTy() && "Can't PHI tokens!");
1570     auto *PN = PHINode::Create(Op->getType(), Insts.size(),
1571                                Op->getName() + ".sink", &BBEnd->front());
1572     for (auto *I : Insts)
1573       PN->addIncoming(I->getOperand(O), I->getParent());
1574     NewOperands.push_back(PN);
1575   }
1576
1577   // Arbitrarily use I0 as the new "common" instruction; remap its operands
1578   // and move it to the start of the successor block.
1579   for (unsigned O = 0, E = I0->getNumOperands(); O != E; ++O)
1580     I0->getOperandUse(O).set(NewOperands[O]);
1581   I0->moveBefore(&*BBEnd->getFirstInsertionPt());
1582
1583   // Update metadata and IR flags, and merge debug locations.
1584   for (auto *I : Insts)
1585     if (I != I0) {
1586       // The debug location for the "common" instruction is the merged locations
1587       // of all the commoned instructions.  We start with the original location
1588       // of the "common" instruction and iteratively merge each location in the
1589       // loop below.
1590       // This is an N-way merge, which will be inefficient if I0 is a CallInst.
1591       // However, as N-way merge for CallInst is rare, so we use simplified API
1592       // instead of using complex API for N-way merge.
1593       I0->applyMergedLocation(I0->getDebugLoc(), I->getDebugLoc());
1594       combineMetadataForCSE(I0, I, true);
1595       I0->andIRFlags(I);
1596     }
1597
1598   if (!isa<StoreInst>(I0)) {
1599     // canSinkLastInstruction checked that all instructions were used by
1600     // one and only one PHI node. Find that now, RAUW it to our common
1601     // instruction and nuke it.
1602     assert(I0->hasOneUse());
1603     auto *PN = cast<PHINode>(*I0->user_begin());
1604     PN->replaceAllUsesWith(I0);
1605     PN->eraseFromParent();
1606   }
1607
1608   // Finally nuke all instructions apart from the common instruction.
1609   for (auto *I : Insts)
1610     if (I != I0)
1611       I->eraseFromParent();
1612
1613   return true;
1614 }
1615
1616 namespace {
1617
1618   // LockstepReverseIterator - Iterates through instructions
1619   // in a set of blocks in reverse order from the first non-terminator.
1620   // For example (assume all blocks have size n):
1621   //   LockstepReverseIterator I([B1, B2, B3]);
1622   //   *I-- = [B1[n], B2[n], B3[n]];
1623   //   *I-- = [B1[n-1], B2[n-1], B3[n-1]];
1624   //   *I-- = [B1[n-2], B2[n-2], B3[n-2]];
1625   //   ...
1626   class LockstepReverseIterator {
1627     ArrayRef<BasicBlock*> Blocks;
1628     SmallVector<Instruction*,4> Insts;
1629     bool Fail;
1630
1631   public:
1632     LockstepReverseIterator(ArrayRef<BasicBlock*> Blocks) : Blocks(Blocks) {
1633       reset();
1634     }
1635
1636     void reset() {
1637       Fail = false;
1638       Insts.clear();
1639       for (auto *BB : Blocks) {
1640         Instruction *Inst = BB->getTerminator();
1641         for (Inst = Inst->getPrevNode(); Inst && isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst);)
1642           Inst = Inst->getPrevNode();
1643         if (!Inst) {
1644           // Block wasn't big enough.
1645           Fail = true;
1646           return;
1647         }
1648         Insts.push_back(Inst);
1649       }
1650     }
1651
1652     bool isValid() const {
1653       return !Fail;
1654     }
1655
1656     void operator--() {
1657       if (Fail)
1658         return;
1659       for (auto *&Inst : Insts) {
1660         for (Inst = Inst->getPrevNode(); Inst && isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst);)
1661           Inst = Inst->getPrevNode();
1662         // Already at beginning of block.
1663         if (!Inst) {
1664           Fail = true;
1665           return;
1666         }
1667       }
1668     }
1669
1670     ArrayRef<Instruction*> operator * () const {
1671       return Insts;
1672     }
1673   };
1674
1675 } // end anonymous namespace
1676
1677 /// Check whether BB's predecessors end with unconditional branches. If it is
1678 /// true, sink any common code from the predecessors to BB.
1679 /// We also allow one predecessor to end with conditional branch (but no more
1680 /// than one).
1681 static bool SinkCommonCodeFromPredecessors(BasicBlock *BB) {
1682   // We support two situations:
1683   //   (1) all incoming arcs are unconditional
1684   //   (2) one incoming arc is conditional
1685   //
1686   // (2) is very common in switch defaults and
1687   // else-if patterns;
1688   //
1689   //   if (a) f(1);
1690   //   else if (b) f(2);
1691   //
1692   // produces:
1693   //
1694   //       [if]
1695   //      /    \
1696   //    [f(1)] [if]
1697   //      |     | \
1698   //      |     |  |
1699   //      |  [f(2)]|
1700   //       \    | /
1701   //        [ end ]
1702   //
1703   // [end] has two unconditional predecessor arcs and one conditional. The
1704   // conditional refers to the implicit empty 'else' arc. This conditional
1705   // arc can also be caused by an empty default block in a switch.
1706   //
1707   // In this case, we attempt to sink code from all *unconditional* arcs.
1708   // If we can sink instructions from these arcs (determined during the scan
1709   // phase below) we insert a common successor for all unconditional arcs and
1710   // connect that to [end], to enable sinking:
1711   //
1712   //       [if]
1713   //      /    \
1714   //    [x(1)] [if]
1715   //      |     | \
1716   //      |     |  \
1717   //      |  [x(2)] |
1718   //       \   /    |
1719   //   [sink.split] |
1720   //         \     /
1721   //         [ end ]
1722   //
1723   SmallVector<BasicBlock*,4> UnconditionalPreds;
1724   Instruction *Cond = nullptr;
1725   for (auto *B : predecessors(BB)) {
1726     auto *T = B->getTerminator();
1727     if (isa<BranchInst>(T) && cast<BranchInst>(T)->isUnconditional())
1728       UnconditionalPreds.push_back(B);
1729     else if ((isa<BranchInst>(T) || isa<SwitchInst>(T)) && !Cond)
1730       Cond = T;
1731     else
1732       return false;
1733   }
1734   if (UnconditionalPreds.size() < 2)
1735     return false;
1736
1737   bool Changed = false;
1738   // We take a two-step approach to tail sinking. First we scan from the end of
1739   // each block upwards in lockstep. If the n'th instruction from the end of each
1740   // block can be sunk, those instructions are added to ValuesToSink and we
1741   // carry on. If we can sink an instruction but need to PHI-merge some operands
1742   // (because they're not identical in each instruction) we add these to
1743   // PHIOperands.
1744   unsigned ScanIdx = 0;
1745   SmallPtrSet<Value*,4> InstructionsToSink;
1746   DenseMap<Instruction*, SmallVector<Value*,4>> PHIOperands;
1747   LockstepReverseIterator LRI(UnconditionalPreds);
1748   while (LRI.isValid() &&
1749          canSinkInstructions(*LRI, PHIOperands)) {
1750     LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: instruction can be sunk: " << *(*LRI)[0]
1751                       << "\n");
1752     InstructionsToSink.insert((*LRI).begin(), (*LRI).end());
1753     ++ScanIdx;
1754     --LRI;
1755   }
1756
1757   auto ProfitableToSinkInstruction = [&](LockstepReverseIterator &LRI) {
1758     unsigned NumPHIdValues = 0;
1759     for (auto *I : *LRI)
1760       for (auto *V : PHIOperands[I])
1761         if (InstructionsToSink.count(V) == 0)
1762           ++NumPHIdValues;
1763     LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: #phid values: " << NumPHIdValues << "\n");
1764     unsigned NumPHIInsts = NumPHIdValues / UnconditionalPreds.size();
1765     if ((NumPHIdValues % UnconditionalPreds.size()) != 0)
1766         NumPHIInsts++;
1767
1768     return NumPHIInsts <= 1;
1769   };
1770
1771   if (ScanIdx > 0 && Cond) {
1772     // Check if we would actually sink anything first! This mutates the CFG and
1773     // adds an extra block. The goal in doing this is to allow instructions that
1774     // couldn't be sunk before to be sunk - obviously, speculatable instructions
1775     // (such as trunc, add) can be sunk and predicated already. So we check that
1776     // we're going to sink at least one non-speculatable instruction.
1777     LRI.reset();
1778     unsigned Idx = 0;
1779     bool Profitable = false;
1780     while (ProfitableToSinkInstruction(LRI) && Idx < ScanIdx) {
1781       if (!isSafeToSpeculativelyExecute((*LRI)[0])) {
1782         Profitable = true;
1783         break;
1784       }
1785       --LRI;
1786       ++Idx;
1787     }
1788     if (!Profitable)
1789       return false;
1790
1791     LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: Splitting edge\n");
1792     // We have a conditional edge and we're going to sink some instructions.
1793     // Insert a new block postdominating all blocks we're going to sink from.
1794     if (!SplitBlockPredecessors(BB, UnconditionalPreds, ".sink.split"))
1795       // Edges couldn't be split.
1796       return false;
1797     Changed = true;
1798   }
1799
1800   // Now that we've analyzed all potential sinking candidates, perform the
1801   // actual sink. We iteratively sink the last non-terminator of the source
1802   // blocks into their common successor unless doing so would require too
1803   // many PHI instructions to be generated (currently only one PHI is allowed
1804   // per sunk instruction).
1805   //
1806   // We can use InstructionsToSink to discount values needing PHI-merging that will
1807   // actually be sunk in a later iteration. This allows us to be more
1808   // aggressive in what we sink. This does allow a false positive where we
1809   // sink presuming a later value will also be sunk, but stop half way through
1810   // and never actually sink it which means we produce more PHIs than intended.
1811   // This is unlikely in practice though.
1812   for (unsigned SinkIdx = 0; SinkIdx != ScanIdx; ++SinkIdx) {
1813     LLVM_DEBUG(dbgs() << "SINK: Sink: "
1814                       << *UnconditionalPreds[0]->getTerminator()->getPrevNode()
1815                       << "\n");
1816
1817     // Because we've sunk every instruction in turn, the current instruction to
1818     // sink is always at index 0.
1819     LRI.reset();
1820     if (!ProfitableToSinkInstruction(LRI)) {
1821       // Too many PHIs would be created.
1822       LLVM_DEBUG(
1823           dbgs() << "SINK: stopping here, too many PHIs would be created!\n");
1824       break;
1825     }
1826
1827     if (!sinkLastInstruction(UnconditionalPreds))
1828       return Changed;
1829     NumSinkCommons++;
1830     Changed = true;
1831   }
1832   return Changed;
1833 }
1834
1835 /// Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1836 /// conditional block.
1837 ///
1838 /// We are looking for code like the following:
1839 ///   BrBB:
1840 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1841 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1842 ///     ... // function).
1843 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1844 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1845 ///   ThenBB:
1846 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1847 ///     br label EndBB
1848 ///   EndBB:
1849 ///     ...
1850 ///   We are going to transform this into:
1851 ///   BrBB:
1852 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1853 ///     ... //
1854 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1855 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1856 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1857 ///     ...
1858 ///
1859 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1860 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1861 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1862                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1863   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1864   if (!StoreToHoist)
1865     return nullptr;
1866
1867   // Volatile or atomic.
1868   if (!StoreToHoist->isSimple())
1869     return nullptr;
1870
1871   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1872
1873   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1874   unsigned MaxNumInstToLookAt = 9;
1875   for (Instruction &CurI : reverse(BrBB->instructionsWithoutDebug())) {
1876     if (!MaxNumInstToLookAt)
1877       break;
1878     --MaxNumInstToLookAt;
1879
1880     // Could be calling an instruction that affects memory like free().
1881     if (CurI.mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1882       return nullptr;
1883
1884     if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&CurI)) {
1885       // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1886       if (SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1887         // Found the previous store, return its value operand.
1888         return SI->getValueOperand();
1889       return nullptr; // Unknown store.
1890     }
1891   }
1892
1893   return nullptr;
1894 }
1895
1896 /// Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1897 ///
1898 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1899 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1900 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1901 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1902 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1903 ///
1904 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1905 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1906 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1907 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1908 ///
1909 ///
1910 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1911 /// \code
1912 ///   BB:
1913 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1914 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1915 ///   ThenBB:
1916 ///     %sub = sub %x, %y
1917 ///     br label BB2
1918 ///   EndBB:
1919 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1920 ///     ...
1921 /// \endcode
1922 ///
1923 /// Into this IR:
1924 /// \code
1925 ///   BB:
1926 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1927 ///     %sub = sub %x, %y
1928 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1929 ///     ...
1930 /// \endcode
1931 ///
1932 /// \returns true if the conditional block is removed.
1933 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1934                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1935   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1936   Value *BrCond = BI->getCondition();
1937   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1938     return false;
1939
1940   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1941   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1942
1943   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1944   // to swap the select operands later.
1945   bool Invert = false;
1946   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1947     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1948     Invert = true;
1949   }
1950   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1951
1952   // Keep a count of how many times instructions are used within ThenBB when
1953   // they are candidates for sinking into ThenBB. Specifically:
1954   // - They are defined in BB, and
1955   // - They have no side effects, and
1956   // - All of their uses are in ThenBB.
1957   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1958
1959   SmallVector<Instruction *, 4> SpeculatedDbgIntrinsics;
1960
1961   unsigned SpeculationCost = 0;
1962   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1963   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1964   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1965                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1966        BBI != BBE; ++BBI) {
1967     Instruction *I = &*BBI;
1968     // Skip debug info.
1969     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1970       SpeculatedDbgIntrinsics.push_back(I);
1971       continue;
1972     }
1973
1974     // Only speculatively execute a single instruction (not counting the
1975     // terminator) for now.
1976     ++SpeculationCost;
1977     if (SpeculationCost > 1)
1978       return false;
1979
1980     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1981     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1982         !(HoistCondStores && (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(
1983                                   I, BB, ThenBB, EndBB))))
1984       return false;
1985     if (!SpeculatedStoreValue &&
1986         ComputeSpeculationCost(I, TTI) >
1987             PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1988       return false;
1989
1990     // Store the store speculation candidate.
1991     if (SpeculatedStoreValue)
1992       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1993
1994     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1995     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1996     // being sunk into the use block.
1997     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i) {
1998       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1999       if (!OpI || OpI->getParent() != BB || OpI->mayHaveSideEffects())
2000         continue; // Not a candidate for sinking.
2001
2002       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
2003     }
2004   }
2005
2006   // Consider any sink candidates which are only used in ThenBB as costs for
2007   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
2008   // and so iteration order isn't significant.
2009   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator
2010            I = SinkCandidateUseCounts.begin(),
2011            E = SinkCandidateUseCounts.end();
2012        I != E; ++I)
2013     if (I->first->hasNUses(I->second)) {
2014       ++SpeculationCost;
2015       if (SpeculationCost > 1)
2016         return false;
2017     }
2018
2019   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
2020   bool HaveRewritablePHIs = false;
2021   for (PHINode &PN : EndBB->phis()) {
2022     Value *OrigV = PN.getIncomingValueForBlock(BB);
2023     Value *ThenV = PN.getIncomingValueForBlock(ThenBB);
2024
2025     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
2026     // Skip PHIs which are trivial.
2027     if (ThenV == OrigV)
2028       continue;
2029
2030     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
2031     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, &PN) ||
2032         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, &PN))
2033       return false;
2034
2035     HaveRewritablePHIs = true;
2036     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
2037     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
2038     if (!OrigCE && !ThenCE)
2039       continue; // Known safe and cheap.
2040
2041     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
2042         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
2043       return false;
2044     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, TTI) : 0;
2045     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, TTI) : 0;
2046     unsigned MaxCost =
2047         2 * PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic;
2048     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
2049       return false;
2050
2051     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
2052     // getting expanded into Instructions.
2053     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
2054     // constant expression.
2055     ++SpeculationCost;
2056     if (SpeculationCost > 1)
2057       return false;
2058   }
2059
2060   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
2061   // as well.
2062   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
2063     return false;
2064
2065   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
2066   LLVM_DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
2067
2068   // Insert a select of the value of the speculated store.
2069   if (SpeculatedStoreValue) {
2070     IRBuilder<NoFolder> Builder(BI);
2071     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
2072     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
2073     if (Invert)
2074       std::swap(TrueV, FalseV);
2075     Value *S = Builder.CreateSelect(
2076         BrCond, TrueV, FalseV, "spec.store.select", BI);
2077     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
2078     SpeculatedStore->applyMergedLocation(BI->getDebugLoc(),
2079                                          SpeculatedStore->getDebugLoc());
2080   }
2081
2082   // Metadata can be dependent on the condition we are hoisting above.
2083   // Conservatively strip all metadata on the instruction.
2084   for (auto &I : *ThenBB)
2085     I.dropUnknownNonDebugMetadata();
2086
2087   // Hoist the instructions.
2088   BB->getInstList().splice(BI->getIterator(), ThenBB->getInstList(),
2089                            ThenBB->begin(), std::prev(ThenBB->end()));
2090
2091   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
2092   IRBuilder<NoFolder> Builder(BI);
2093   for (PHINode &PN : EndBB->phis()) {
2094     unsigned OrigI = PN.getBasicBlockIndex(BB);
2095     unsigned ThenI = PN.getBasicBlockIndex(ThenBB);
2096     Value *OrigV = PN.getIncomingValue(OrigI);
2097     Value *ThenV = PN.getIncomingValue(ThenI);
2098
2099     // Skip PHIs which are trivial.
2100     if (OrigV == ThenV)
2101       continue;
2102
2103     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
2104     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
2105     // destinations were inverted.
2106     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
2107     if (Invert)
2108       std::swap(TrueV, FalseV);
2109     Value *V = Builder.CreateSelect(
2110         BrCond, TrueV, FalseV, "spec.select", BI);
2111     PN.setIncomingValue(OrigI, V);
2112     PN.setIncomingValue(ThenI, V);
2113   }
2114
2115   // Remove speculated dbg intrinsics.
2116   // FIXME: Is it possible to do this in a more elegant way? Moving/merging the
2117   // dbg value for the different flows and inserting it after the select.
2118   for (Instruction *I : SpeculatedDbgIntrinsics)
2119     I->eraseFromParent();
2120
2121   ++NumSpeculations;
2122   return true;
2123 }
2124
2125 /// Return true if we can thread a branch across this block.
2126 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
2127   unsigned Size = 0;
2128
2129   for (Instruction &I : BB->instructionsWithoutDebug()) {
2130     if (Size > 10)
2131       return false; // Don't clone large BB's.
2132     ++Size;
2133
2134     // We can only support instructions that do not define values that are
2135     // live outside of the current basic block.
2136     for (User *U : I.users()) {
2137       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2138       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI))
2139         return false;
2140     }
2141
2142     // Looks ok, continue checking.
2143   }
2144
2145   return true;
2146 }
2147
2148 /// If we have a conditional branch on a PHI node value that is defined in the
2149 /// same block as the branch and if any PHI entries are constants, thread edges
2150 /// corresponding to that entry to be branches to their ultimate destination.
2151 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout &DL,
2152                                 AssumptionCache *AC) {
2153   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2154   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
2155   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
2156   // outside of the block.
2157   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
2158     return false;
2159
2160   // Degenerate case of a single entry PHI.
2161   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
2162     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
2163     return true;
2164   }
2165
2166   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
2167   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB))
2168     return false;
2169
2170   // Can't fold blocks that contain noduplicate or convergent calls.
2171   if (any_of(*BB, [](const Instruction &I) {
2172         const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
2173         return CI && (CI->cannotDuplicate() || CI->isConvergent());
2174       }))
2175     return false;
2176
2177   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
2178   // constants.
2179   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2180     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
2181     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1))
2182       continue;
2183
2184     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
2185     // branch to RealDest.
2186     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
2187     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
2188
2189     if (RealDest == BB)
2190       continue; // Skip self loops.
2191     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
2192     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator()))
2193       continue;
2194
2195     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
2196     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
2197     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
2198     // the edge we are about to create.
2199     BasicBlock *EdgeBB =
2200         BasicBlock::Create(BB->getContext(), RealDest->getName() + ".critedge",
2201                            RealDest->getParent(), RealDest);
2202     BranchInst *CritEdgeBranch = BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
2203     CritEdgeBranch->setDebugLoc(BI->getDebugLoc());
2204
2205     // Update PHI nodes.
2206     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
2207
2208     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
2209     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
2210     // cloned instructions outside of EdgeBB.
2211     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
2212     DenseMap<Value *, Value *> TranslateMap; // Track translated values.
2213     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
2214       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
2215         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
2216         continue;
2217       }
2218       // Clone the instruction.
2219       Instruction *N = BBI->clone();
2220       if (BBI->hasName())
2221         N->setName(BBI->getName() + ".c");
2222
2223       // Update operands due to translation.
2224       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end(); i != e; ++i) {
2225         DenseMap<Value *, Value *>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
2226         if (PI != TranslateMap.end())
2227           *i = PI->second;
2228       }
2229
2230       // Check for trivial simplification.
2231       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, {DL, nullptr, nullptr, AC})) {
2232         if (!BBI->use_empty())
2233           TranslateMap[&*BBI] = V;
2234         if (!N->mayHaveSideEffects()) {
2235           N->deleteValue(); // Instruction folded away, don't need actual inst
2236           N = nullptr;
2237         }
2238       } else {
2239         if (!BBI->use_empty())
2240           TranslateMap[&*BBI] = N;
2241       }
2242       // Insert the new instruction into its new home.
2243       if (N)
2244         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
2245
2246       // Register the new instruction with the assumption cache if necessary.
2247       if (auto *II = dyn_cast_or_null<IntrinsicInst>(N))
2248         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
2249           AC->registerAssumption(II);
2250     }
2251
2252     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
2253     // to EdgeBB instead.
2254     Instruction *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
2255     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2256       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
2257         BB->removePredecessor(PredBB);
2258         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
2259       }
2260
2261     // Recurse, simplifying any other constants.
2262     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL, AC) || true;
2263   }
2264
2265   return false;
2266 }
2267
2268 /// Given a BB that starts with the specified two-entry PHI node,
2269 /// see if we can eliminate it.
2270 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetTransformInfo &TTI,
2271                                 const DataLayout &DL) {
2272   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
2273   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
2274   // are trying to find the condition that is being branched on, which
2275   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
2276   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
2277   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
2278   BasicBlock *BB = PN->getParent();
2279   const Function *Fn = BB->getParent();
2280   if (Fn && Fn->hasFnAttribute(Attribute::OptForFuzzing))
2281     return false;
2282
2283   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
2284   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
2285   if (!IfCond ||
2286       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
2287       isa<ConstantInt>(IfCond))
2288     return false;
2289
2290   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
2291   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
2292   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
2293   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
2294   // fewer PHI nodes in this block.
2295   unsigned NumPhis = 0;
2296   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
2297     if (NumPhis > 2)
2298       return false;
2299
2300   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
2301   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
2302   // that need to be moved to the dominating block.
2303   SmallPtrSet<Instruction *, 4> AggressiveInsts;
2304   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
2305            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
2306   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
2307   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
2308
2309   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
2310     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
2311     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, {DL, PN})) {
2312       PN->replaceAllUsesWith(V);
2313       PN->eraseFromParent();
2314       continue;
2315     }
2316
2317     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, AggressiveInsts,
2318                              MaxCostVal0, TTI) ||
2319         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, AggressiveInsts,
2320                              MaxCostVal1, TTI))
2321       return false;
2322   }
2323
2324   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
2325   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
2326   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
2327   if (!PN)
2328     return true;
2329
2330   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
2331   // often be turned into switches and other things.
2332   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
2333       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
2334        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
2335        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
2336     return false;
2337
2338   // If all PHI nodes are promotable, check to make sure that all instructions
2339   // in the predecessor blocks can be promoted as well. If not, we won't be able
2340   // to get rid of the control flow, so it's not worth promoting to select
2341   // instructions.
2342   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
2343   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
2344   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
2345   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
2346     IfBlock1 = nullptr;
2347   } else {
2348     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
2349     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin(); !I->isTerminator(); ++I)
2350       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
2351         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
2352         // Because of this, we won't be able to get rid of the control flow, so
2353         // the xform is not worth it.
2354         return false;
2355       }
2356   }
2357
2358   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
2359     IfBlock2 = nullptr;
2360   } else {
2361     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
2362     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin(); !I->isTerminator(); ++I)
2363       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
2364         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
2365         // Because of this, we won't be able to get rid of the control flow, so
2366         // the xform is not worth it.
2367         return false;
2368       }
2369   }
2370
2371   LLVM_DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond
2372                     << "  T: " << IfTrue->getName()
2373                     << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
2374
2375   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
2376   // do all of the PHI's now.
2377   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
2378   IRBuilder<NoFolder> Builder(InsertPt);
2379
2380   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
2381   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
2382   if (IfBlock1)
2383     hoistAllInstructionsInto(DomBlock, InsertPt, IfBlock1);
2384   if (IfBlock2)
2385     hoistAllInstructionsInto(DomBlock, InsertPt, IfBlock2);
2386
2387   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
2388     // Change the PHI node into a select instruction.
2389     Value *TrueVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
2390     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
2391
2392     Value *Sel = Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, "", InsertPt);
2393     PN->replaceAllUsesWith(Sel);
2394     Sel->takeName(PN);
2395     PN->eraseFromParent();
2396   }
2397
2398   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
2399   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
2400   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
2401   Instruction *OldTI = DomBlock->getTerminator();
2402   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2403   Builder.CreateBr(BB);
2404   OldTI->eraseFromParent();
2405   return true;
2406 }
2407
2408 /// If we found a conditional branch that goes to two returning blocks,
2409 /// try to merge them together into one return,
2410 /// introducing a select if the return values disagree.
2411 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
2412                                            IRBuilder<> &Builder) {
2413   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
2414   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2415   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2416   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
2417   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
2418
2419   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
2420   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
2421   // computation on one path or the other.
2422   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
2423     return false;
2424   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
2425     return false;
2426
2427   Builder.SetInsertPoint(BI);
2428   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
2429   // there is no return value for this function, just change the
2430   // branch into a return.
2431   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
2432     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2433     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2434     Builder.CreateRetVoid();
2435     EraseTerminatorAndDCECond(BI);
2436     return true;
2437   }
2438
2439   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
2440   // so we can insert a new select instruction.
2441   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
2442   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
2443
2444   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
2445   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
2446     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
2447       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
2448   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
2449     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
2450       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
2451
2452   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
2453   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
2454   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
2455   // constant expression that prevents this transformation from being
2456   // safe.
2457   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
2458     if (TCV->canTrap())
2459       return false;
2460   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
2461     if (FCV->canTrap())
2462       return false;
2463
2464   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
2465   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
2466   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2467   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2468
2469   // Insert select instructions where needed.
2470   Value *BrCond = BI->getCondition();
2471   if (TrueValue) {
2472     // Insert a select if the results differ.
2473     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
2474     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
2475       TrueValue = FalseValue;
2476     } else {
2477       TrueValue =
2478           Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue, FalseValue, "retval", BI);
2479     }
2480   }
2481
2482   Value *RI =
2483       !TrueValue ? Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2484
2485   (void)RI;
2486
2487   LLVM_DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2488                     << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI << "TRUEBLOCK: "
2489                     << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: " << *FalseSucc);
2490
2491   EraseTerminatorAndDCECond(BI);
2492
2493   return true;
2494 }
2495
2496 /// Return true if the given instruction is available
2497 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2498 static bool tryCSEWithPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2499   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2500     return false;
2501   for (Instruction &I : *PB) {
2502     Instruction *PBI = &I;
2503     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2504     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2505       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2506       Inst->eraseFromParent();
2507       return true;
2508     }
2509   }
2510   return false;
2511 }
2512
2513 /// Return true if either PBI or BI has branch weight available, and store
2514 /// the weights in {Pred|Succ}{True|False}Weight. If one of PBI and BI does
2515 /// not have branch weight, use 1:1 as its weight.
2516 static bool extractPredSuccWeights(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
2517                                    uint64_t &PredTrueWeight,
2518                                    uint64_t &PredFalseWeight,
2519                                    uint64_t &SuccTrueWeight,
2520                                    uint64_t &SuccFalseWeight) {
2521   bool PredHasWeights =
2522       PBI->extractProfMetadata(PredTrueWeight, PredFalseWeight);
2523   bool SuccHasWeights =
2524       BI->extractProfMetadata(SuccTrueWeight, SuccFalseWeight);
2525   if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
2526     if (!PredHasWeights)
2527       PredTrueWeight = PredFalseWeight = 1;
2528     if (!SuccHasWeights)
2529       SuccTrueWeight = SuccFalseWeight = 1;
2530     return true;
2531   } else {
2532     return false;
2533   }
2534 }
2535
2536 /// If this basic block is simple enough, and if a predecessor branches to us
2537 /// and one of our successors, fold the block into the predecessor and use
2538 /// logical operations to pick the right destination.
2539 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, MemorySSAUpdater *MSSAU,
2540                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2541   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2542
2543   const unsigned PredCount = pred_size(BB);
2544
2545   Instruction *Cond = nullptr;
2546   if (BI->isConditional())
2547     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2548   else {
2549     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2550     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2551     // successor. If such pattern exists, check for CSE between BB and its
2552     // predecessor.
2553     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2554       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2555         if (PBI->isConditional() &&
2556             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2557              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2558           for (auto I = BB->instructionsWithoutDebug().begin(),
2559                     E = BB->instructionsWithoutDebug().end();
2560                I != E;) {
2561             Instruction *Curr = &*I++;
2562             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2563               Cond = Curr;
2564               break;
2565             }
2566             // Quit if we can't remove this instruction.
2567             if (!tryCSEWithPredecessor(Curr, PB))
2568               return false;
2569           }
2570         }
2571
2572     if (!Cond)
2573       return false;
2574   }
2575
2576   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2577       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2578     return false;
2579
2580   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2581   BasicBlock::iterator CondIt = ++Cond->getIterator();
2582
2583   // Ignore dbg intrinsics.
2584   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt))
2585     ++CondIt;
2586
2587   if (&*CondIt != BI)
2588     return false;
2589
2590   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2591   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2592   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2593   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2594   // number of the bonus instructions we'll need to create when cloning into
2595   // each predecessor does not exceed a certain threshold.
2596   unsigned NumBonusInsts = 0;
2597   for (auto I = BB->begin(); Cond != &*I; ++I) {
2598     // Ignore dbg intrinsics.
2599     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2600       continue;
2601     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&*I))
2602       return false;
2603     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2604     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2605     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2606       return false;
2607     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2608     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2609     // and Cond.
2610
2611     // Account for the cost of duplicating this instruction into each
2612     // predecessor.
2613     NumBonusInsts += PredCount;
2614     // Early exits once we reach the limit.
2615     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2616       return false;
2617   }
2618
2619   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2620   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2621   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2622     if (CE->canTrap())
2623       return false;
2624   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2625     if (CE->canTrap())
2626       return false;
2627
2628   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2629   BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
2630   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2631   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2632     return false;
2633
2634   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2635     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2636     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2637
2638     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2639     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2640     // blocks.
2641     SmallVector<PHINode *, 4> PHIs;
2642     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2643         (BI->isConditional() && !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2644         (!BI->isConditional() &&
2645          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2646       continue;
2647
2648     // Determine if the two branches share a common destination.
2649     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2650     bool InvertPredCond = false;
2651
2652     if (BI->isConditional()) {
2653       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2654         Opc = Instruction::Or;
2655       } else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest) {
2656         Opc = Instruction::And;
2657       } else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest) {
2658         Opc = Instruction::And;
2659         InvertPredCond = true;
2660       } else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest) {
2661         Opc = Instruction::Or;
2662         InvertPredCond = true;
2663       } else {
2664         continue;
2665       }
2666     } else {
2667       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2668         continue;
2669     }
2670
2671     LLVM_DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2672     IRBuilder<> Builder(PBI);
2673
2674     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2675     if (InvertPredCond) {
2676       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2677
2678       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2679         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2680         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2681       } else {
2682         NewCond =
2683             Builder.CreateNot(NewCond, PBI->getCondition()->getName() + ".not");
2684       }
2685
2686       PBI->setCondition(NewCond);
2687       PBI->swapSuccessors();
2688     }
2689
2690     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2691     // Note that there may be multiple predecessor blocks, so we cannot move
2692     // bonus instructions to a predecessor block.
2693     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2694     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2695     // all instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2696     // instructions.
2697     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != &*BonusInst; ++BonusInst) {
2698       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2699         continue;
2700       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2701       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2702                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingLocals);
2703       VMap[&*BonusInst] = NewBonusInst;
2704
2705       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2706       // its potential value. The previous information might have been valid
2707       // only given the branch precondition.
2708       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2709       // semantics we don't understand.
2710       NewBonusInst->dropUnknownNonDebugMetadata();
2711
2712       PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), NewBonusInst);
2713       NewBonusInst->takeName(&*BonusInst);
2714       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2715     }
2716
2717     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2718     // two conditions together.
2719     Instruction *CondInPred = Cond->clone();
2720     RemapInstruction(CondInPred, VMap,
2721                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingLocals);
2722     PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), CondInPred);
2723     CondInPred->takeName(Cond);
2724     Cond->setName(CondInPred->getName() + ".old");
2725
2726     if (BI->isConditional()) {
2727       Instruction *NewCond = cast<Instruction>(
2728           Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(), CondInPred, "or.cond"));
2729       PBI->setCondition(NewCond);
2730
2731       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2732       bool HasWeights =
2733           extractPredSuccWeights(PBI, BI, PredTrueWeight, PredFalseWeight,
2734                                  SuccTrueWeight, SuccFalseWeight);
2735       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2736
2737       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2738         if (HasWeights) {
2739           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2740           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2741           // TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2742           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2743           // FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2744           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2745           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2746           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2747           NewWeights.push_back(PredFalseWeight *
2748                                    (SuccFalseWeight + SuccTrueWeight) +
2749                                PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2750         }
2751         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB, MSSAU);
2752         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2753       }
2754       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2755         if (HasWeights) {
2756           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2757           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2758           // TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2759           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2760           NewWeights.push_back(PredTrueWeight *
2761                                    (SuccFalseWeight + SuccTrueWeight) +
2762                                PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2763           // FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2764           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2765         }
2766         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB, MSSAU);
2767         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2768       }
2769       if (NewWeights.size() == 2) {
2770         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2771         FitWeights(NewWeights);
2772
2773         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),
2774                                            NewWeights.end());
2775         setBranchWeights(PBI, MDWeights[0], MDWeights[1]);
2776       } else
2777         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2778     } else {
2779       // Update PHI nodes in the common successors.
2780       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2781         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2782             PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2783         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2784         Instruction *MergedCond = nullptr;
2785         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2786           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2787           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2788           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2789           Instruction *NotCond = cast<Instruction>(
2790               Builder.CreateNot(PBI->getCondition(), "not.cond"));
2791           MergedCond = cast<Instruction>(
2792                Builder.CreateBinOp(Instruction::And, NotCond, CondInPred,
2793                                    "and.cond"));
2794           if (PBI_C->isOne())
2795             MergedCond = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(
2796                 Instruction::Or, PBI->getCondition(), MergedCond, "or.cond"));
2797         } else {
2798           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2799           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2800           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2801           MergedCond = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(
2802               Instruction::And, PBI->getCondition(), CondInPred, "and.cond"));
2803           if (PBI_C->isOne()) {
2804             Instruction *NotCond = cast<Instruction>(
2805                 Builder.CreateNot(PBI->getCondition(), "not.cond"));
2806             MergedCond = cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(
2807                 Instruction::Or, NotCond, MergedCond, "or.cond"));
2808           }
2809         }
2810         // Update PHI Node.
2811         PHIs[i]->setIncomingValueForBlock(PBI->getParent(), MergedCond);
2812       }
2813
2814       // PBI is changed to branch to TrueDest below. Remove itself from
2815       // potential phis from all other successors.
2816       if (MSSAU)
2817         MSSAU->changeCondBranchToUnconditionalTo(PBI, TrueDest);
2818
2819       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2820       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2821       EraseTerminatorAndDCECond(PBI, MSSAU);
2822       PBI = New_PBI;
2823     }
2824
2825     // If BI was a loop latch, it may have had associated loop metadata.
2826     // We need to copy it to the new latch, that is, PBI.
2827     if (MDNode *LoopMD = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_loop))
2828       PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_loop, LoopMD);
2829
2830     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2831     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2832
2833     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2834     for (Instruction &I : *BB)
2835       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2836         I.clone()->insertBefore(PBI);
2837
2838     return true;
2839   }
2840   return false;
2841 }
2842
2843 // If there is only one store in BB1 and BB2, return it, otherwise return
2844 // nullptr.
2845 static StoreInst *findUniqueStoreInBlocks(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2) {
2846   StoreInst *S = nullptr;
2847   for (auto *BB : {BB1, BB2}) {
2848     if (!BB)
2849       continue;
2850     for (auto &I : *BB)
2851       if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
2852         if (S)
2853           // Multiple stores seen.
2854           return nullptr;
2855         else
2856           S = SI;
2857       }
2858   }
2859   return S;
2860 }
2861
2862 static Value *ensureValueAvailableInSuccessor(Value *V, BasicBlock *BB,
2863                                               Value *AlternativeV = nullptr) {
2864   // PHI is going to be a PHI node that allows the value V that is defined in
2865   // BB to be referenced in BB's only successor.
2866   //
2867   // If AlternativeV is nullptr, the only value we care about in PHI is V. It
2868   // doesn't matter to us what the other operand is (it'll never get used). We
2869   // could just create a new PHI with an undef incoming value, but that could
2870   // increase register pressure if EarlyCSE/InstCombine can't fold it with some
2871   // other PHI. So here we directly look for some PHI in BB's successor with V
2872   // as an incoming operand. If we find one, we use it, else we create a new
2873   // one.
2874   //
2875   // If AlternativeV is not nullptr, we care about both incoming values in PHI.
2876   // PHI must be exactly: phi <ty> [ %BB, %V ], [ %OtherBB, %AlternativeV]
2877   // where OtherBB is the single other predecessor of BB's only successor.
2878   PHINode *PHI = nullptr;
2879   BasicBlock *Succ = BB->getSingleSuccessor();
2880
2881   for (auto I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2882     if (cast<PHINode>(I)->getIncomingValueForBlock(BB) == V) {
2883       PHI = cast<PHINode>(I);
2884       if (!AlternativeV)
2885         break;
2886
2887       assert(Succ->hasNPredecessors(2));
2888       auto PredI = pred_begin(Succ);
2889       BasicBlock *OtherPredBB = *PredI == BB ? *++PredI : *PredI;
2890       if (PHI->getIncomingValueForBlock(OtherPredBB) == AlternativeV)
2891         break;
2892       PHI = nullptr;
2893     }
2894   if (PHI)
2895     return PHI;
2896
2897   // If V is not an instruction defined in BB, just return it.
2898   if (!AlternativeV &&
2899       (!isa<Instruction>(V) || cast<Instruction>(V)->getParent() != BB))
2900     return V;
2901
2902   PHI = PHINode::Create(V->getType(), 2, "simplifycfg.merge", &Succ->front());
2903   PHI->addIncoming(V, BB);
2904   for (BasicBlock *PredBB : predecessors(Succ))
2905     if (PredBB != BB)
2906       PHI->addIncoming(
2907           AlternativeV ? AlternativeV : UndefValue::get(V->getType()), PredBB);
2908   return PHI;
2909 }
2910
2911 static bool mergeConditionalStoreToAddress(BasicBlock *PTB, BasicBlock *PFB,
2912                                            BasicBlock *QTB, BasicBlock *QFB,
2913                                            BasicBlock *PostBB, Value *Address,
2914                                            bool InvertPCond, bool InvertQCond,
2915                                            const DataLayout &DL) {
2916   auto IsaBitcastOfPointerType = [](const Instruction &I) {
2917     return Operator::getOpcode(&I) == Instruction::BitCast &&
2918            I.getType()->isPointerTy();
2919   };
2920
2921   // If we're not in aggressive mode, we only optimize if we have some
2922   // confidence that by optimizing we'll allow P and/or Q to be if-converted.
2923   auto IsWorthwhile = [&](BasicBlock *BB) {
2924     if (!BB)
2925       return true;
2926     // Heuristic: if the block can be if-converted/phi-folded and the
2927     // instructions inside are all cheap (arithmetic/GEPs), it's worthwhile to
2928     // thread this store.
2929     unsigned N = 0;
2930     for (auto &I : BB->instructionsWithoutDebug()) {
2931       // Cheap instructions viable for folding.
2932       if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2933           isa<StoreInst>(I))
2934         ++N;
2935       // Free instructions.
2936       else if (I.isTerminator() || IsaBitcastOfPointerType(I))
2937         continue;
2938       else
2939         return false;
2940     }
2941     // The store we want to merge is counted in N, so add 1 to make sure
2942     // we're counting the instructions that would be left.
2943     return N <= (PHINodeFoldingThreshold + 1);
2944   };
2945
2946   if (!MergeCondStoresAggressively &&
2947       (!IsWorthwhile(PTB) || !IsWorthwhile(PFB) || !IsWorthwhile(QTB) ||
2948        !IsWorthwhile(QFB)))
2949     return false;
2950
2951   // For every pointer, there must be exactly two stores, one coming from
2952   // PTB or PFB, and the other from QTB or QFB. We don't support more than one
2953   // store (to any address) in PTB,PFB or QTB,QFB.
2954   // FIXME: We could relax this restriction with a bit more work and performance
2955   // testing.
2956   StoreInst *PStore = findUniqueStoreInBlocks(PTB, PFB);
2957   StoreInst *QStore = findUniqueStoreInBlocks(QTB, QFB);
2958   if (!PStore || !QStore)
2959     return false;
2960
2961   // Now check the stores are compatible.
2962   if (!QStore->isUnordered() || !PStore->isUnordered())
2963     return false;
2964
2965   // Check that sinking the store won't cause program behavior changes. Sinking
2966   // the store out of the Q blocks won't change any behavior as we're sinking
2967   // from a block to its unconditional successor. But we're moving a store from
2968   // the P blocks down through the middle block (QBI) and past both QFB and QTB.
2969   // So we need to check that there are no aliasing loads or stores in
2970   // QBI, QTB and QFB. We also need to check there are no conflicting memory
2971   // operations between PStore and the end of its parent block.
2972   //
2973   // The ideal way to do this is to query AliasAnalysis, but we don't
2974   // preserve AA currently so that is dangerous. Be super safe and just
2975   // check there are no other memory operations at all.
2976   for (auto &I : *QFB->getSinglePredecessor())
2977     if (I.mayReadOrWriteMemory())
2978       return false;
2979   for (auto &I : *QFB)
2980     if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2981       return false;
2982   if (QTB)
2983     for (auto &I : *QTB)
2984       if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2985         return false;
2986   for (auto I = BasicBlock::iterator(PStore), E = PStore->getParent()->end();
2987        I != E; ++I)
2988     if (&*I != PStore && I->mayReadOrWriteMemory())
2989       return false;
2990
2991   // If PostBB has more than two predecessors, we need to split it so we can
2992   // sink the store.
2993   if (std::next(pred_begin(PostBB), 2) != pred_end(PostBB)) {
2994     // We know that QFB's only successor is PostBB. And QFB has a single
2995     // predecessor. If QTB exists, then its only successor is also PostBB.
2996     // If QTB does not exist, then QFB's only predecessor has a conditional
2997     // branch to QFB and PostBB.
2998     BasicBlock *TruePred = QTB ? QTB : QFB->getSinglePredecessor();
2999     BasicBlock *NewBB = SplitBlockPredecessors(PostBB, { QFB, TruePred},
3000                                                "condstore.split");
3001     if (!NewBB)
3002       return false;
3003     PostBB = NewBB;
3004   }
3005
3006   // OK, we're going to sink the stores to PostBB. The store has to be
3007   // conditional though, so first create the predicate.
3008   Value *PCond = cast<BranchInst>(PFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
3009                      ->getCondition();
3010   Value *QCond = cast<BranchInst>(QFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
3011                      ->getCondition();
3012
3013   Value *PPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(PStore->getValueOperand(),
3014                                                 PStore->getParent());
3015   Value *QPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(QStore->getValueOperand(),
3016                                                 QStore->getParent(), PPHI);
3017
3018   IRBuilder<> QB(&*PostBB->getFirstInsertionPt());
3019
3020   Value *PPred = PStore->getParent() == PTB ? PCond : QB.CreateNot(PCond);
3021   Value *QPred = QStore->getParent() == QTB ? QCond : QB.CreateNot(QCond);
3022
3023   if (InvertPCond)
3024     PPred = QB.CreateNot(PPred);
3025   if (InvertQCond)
3026     QPred = QB.CreateNot(QPred);
3027   Value *CombinedPred = QB.CreateOr(PPred, QPred);
3028
3029   auto *T =
3030       SplitBlockAndInsertIfThen(CombinedPred, &*QB.GetInsertPoint(), false);
3031   QB.SetInsertPoint(T);
3032   StoreInst *SI = cast<StoreInst>(QB.CreateStore(QPHI, Address));
3033   AAMDNodes AAMD;
3034   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/false);
3035   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/true);
3036   SI->setAAMetadata(AAMD);
3037   unsigned PAlignment = PStore->getAlignment();
3038   unsigned QAlignment = QStore->getAlignment();
3039   unsigned TypeAlignment =
3040       DL.getABITypeAlignment(SI->getValueOperand()->getType());
3041   unsigned MinAlignment;
3042   unsigned MaxAlignment;
3043   std::tie(MinAlignment, MaxAlignment) = std::minmax(PAlignment, QAlignment);
3044   // Choose the minimum alignment. If we could prove both stores execute, we
3045   // could use biggest one.  In this case, though, we only know that one of the
3046   // stores executes.  And we don't know it's safe to take the alignment from a
3047   // store that doesn't execute.
3048   if (MinAlignment != 0) {
3049     // Choose the minimum of all non-zero alignments.
3050     SI->setAlignment(MinAlignment);
3051   } else if (MaxAlignment != 0) {
3052     // Choose the minimal alignment between the non-zero alignment and the ABI
3053     // default alignment for the type of the stored value.
3054     SI->setAlignment(std::min(MaxAlignment, TypeAlignment));
3055   } else {
3056     // If both alignments are zero, use ABI default alignment for the type of
3057     // the stored value.
3058     SI->setAlignment(TypeAlignment);
3059   }
3060
3061   QStore->eraseFromParent();
3062   PStore->eraseFromParent();
3063
3064   return true;
3065 }
3066
3067 static bool mergeConditionalStores(BranchInst *PBI, BranchInst *QBI,
3068                                    const DataLayout &DL) {
3069   // The intention here is to find diamonds or triangles (see below) where each
3070   // conditional block contains a store to the same address. Both of these
3071   // stores are conditional, so they can't be unconditionally sunk. But it may
3072   // be profitable to speculatively sink the stores into one merged store at the
3073   // end, and predicate the merged store on the union of the two conditions of
3074   // PBI and QBI.
3075   //
3076   // This can reduce the number of stores executed if both of the conditions are
3077   // true, and can allow the blocks to become small enough to be if-converted.
3078   // This optimization will also chain, so that ladders of test-and-set
3079   // sequences can be if-converted away.
3080   //
3081   // We only deal with simple diamonds or triangles:
3082   //
3083   //     PBI       or      PBI        or a combination of the two
3084   //    /   \               | \
3085   //   PTB  PFB             |  PFB
3086   //    \   /               | /
3087   //     QBI                QBI
3088   //    /  \                | \
3089   //   QTB  QFB             |  QFB
3090   //    \  /                | /
3091   //    PostBB            PostBB
3092   //
3093   // We model triangles as a type of diamond with a nullptr "true" block.
3094   // Triangles are canonicalized so that the fallthrough edge is represented by
3095   // a true condition, as in the diagram above.
3096   BasicBlock *PTB = PBI->getSuccessor(0);
3097   BasicBlock *PFB = PBI->getSuccessor(1);
3098   BasicBlock *QTB = QBI->getSuccessor(0);
3099   BasicBlock *QFB = QBI->getSuccessor(1);
3100   BasicBlock *PostBB = QFB->getSingleSuccessor();
3101
3102   // Make sure we have a good guess for PostBB. If QTB's only successor is
3103   // QFB, then QFB is a better PostBB.
3104   if (QTB->getSingleSuccessor() == QFB)
3105     PostBB = QFB;
3106
3107   // If we couldn't find a good PostBB, stop.
3108   if (!PostBB)
3109     return false;
3110
3111   bool InvertPCond = false, InvertQCond = false;
3112   // Canonicalize fallthroughs to the true branches.
3113   if (PFB == QBI->getParent()) {
3114     std::swap(PFB, PTB);
3115     InvertPCond = true;
3116   }
3117   if (QFB == PostBB) {
3118     std::swap(QFB, QTB);
3119     InvertQCond = true;
3120   }
3121
3122   // From this point on we can assume PTB or QTB may be fallthroughs but PFB
3123   // and QFB may not. Model fallthroughs as a nullptr block.
3124   if (PTB == QBI->getParent())
3125     PTB = nullptr;
3126   if (QTB == PostBB)
3127     QTB = nullptr;
3128
3129   // Legality bailouts. We must have at least the non-fallthrough blocks and
3130   // the post-dominating block, and the non-fallthroughs must only have one
3131   // predecessor.
3132   auto HasOnePredAndOneSucc = [](BasicBlock *BB, BasicBlock *P, BasicBlock *S) {
3133     return BB->getSinglePredecessor() == P && BB->getSingleSuccessor() == S;
3134   };
3135   if (!HasOnePredAndOneSucc(PFB, PBI->getParent(), QBI->getParent()) ||
3136       !HasOnePredAndOneSucc(QFB, QBI->getParent(), PostBB))
3137     return false;
3138   if ((PTB && !HasOnePredAndOneSucc(PTB, PBI->getParent(), QBI->getParent())) ||
3139       (QTB && !HasOnePredAndOneSucc(QTB, QBI->getParent(), PostBB)))
3140     return false;
3141   if (!QBI->getParent()->hasNUses(2))
3142     return false;
3143
3144   // OK, this is a sequence of two diamonds or triangles.
3145   // Check if there are stores in PTB or PFB that are repeated in QTB or QFB.
3146   SmallPtrSet<Value *, 4> PStoreAddresses, QStoreAddresses;
3147   for (auto *BB : {PTB, PFB}) {
3148     if (!BB)
3149       continue;
3150     for (auto &I : *BB)
3151       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
3152         PStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
3153   }
3154   for (auto *BB : {QTB, QFB}) {
3155     if (!BB)
3156       continue;
3157     for (auto &I : *BB)
3158       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
3159         QStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
3160   }
3161
3162   set_intersect(PStoreAddresses, QStoreAddresses);
3163   // set_intersect mutates PStoreAddresses in place. Rename it here to make it
3164   // clear what it contains.
3165   auto &CommonAddresses = PStoreAddresses;
3166
3167   bool Changed = false;
3168   for (auto *Address : CommonAddresses)
3169     Changed |= mergeConditionalStoreToAddress(
3170         PTB, PFB, QTB, QFB, PostBB, Address, InvertPCond, InvertQCond, DL);
3171   return Changed;
3172 }
3173
3174 /// If we have a conditional branch as a predecessor of another block,
3175 /// this function tries to simplify it.  We know
3176 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
3177 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
3178 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
3179                                            const DataLayout &DL) {
3180   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
3181   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3182
3183   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
3184   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
3185   // this conditional branch redundant.
3186   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
3187       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
3188     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
3189     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
3190     if (BB->getSinglePredecessor()) {
3191       // Turn this into a branch on constant.
3192       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
3193       BI->setCondition(
3194           ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), CondIsTrue));
3195       return true; // Nuke the branch on constant.
3196     }
3197
3198     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
3199     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
3200     // simplifycfg will thread the block.
3201     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
3202       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
3203       PHINode *NewPN = PHINode::Create(
3204           Type::getInt1Ty(BB->getContext()), std::distance(PB, PE),
3205           BI->getCondition()->getName() + ".pr", &BB->front());
3206       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
3207       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
3208       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
3209       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
3210         BasicBlock *P = *PI;
3211         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) && PBI != BI &&
3212             PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
3213             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
3214           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
3215           NewPN->addIncoming(
3216               ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), CondIsTrue),
3217               P);
3218         } else {
3219           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
3220         }
3221       }
3222
3223       BI->setCondition(NewPN);
3224       return true;
3225     }
3226   }
3227
3228   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
3229     if (CE->canTrap())
3230       return false;
3231
3232   // If both branches are conditional and both contain stores to the same
3233   // address, remove the stores from the conditionals and create a conditional
3234   // merged store at the end.
3235   if (MergeCondStores && mergeConditionalStores(PBI, BI, DL))
3236     return true;
3237
3238   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
3239   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
3240   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
3241
3242   // Ignore dbg intrinsics.
3243   if (&*BB->instructionsWithoutDebug().begin() != BI)
3244     return false;
3245
3246   int PBIOp, BIOp;
3247   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0)) {
3248     PBIOp = 0;
3249     BIOp = 0;
3250   } else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1)) {
3251     PBIOp = 0;
3252     BIOp = 1;
3253   } else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0)) {
3254     PBIOp = 1;
3255     BIOp = 0;
3256   } else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1)) {
3257     PBIOp = 1;
3258     BIOp = 1;
3259   } else {
3260     return false;
3261   }
3262
3263   // Check to make sure that the other destination of this branch
3264   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
3265   // keep getting unwound.
3266   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
3267     return false;
3268
3269   // Do not perform this transformation if it would require
3270   // insertion of a large number of select instructions. For targets
3271   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
3272
3273   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
3274   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
3275   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
3276
3277   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
3278   unsigned NumPhis = 0;
3279   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin(); isa<PHINode>(II);
3280        ++II, ++NumPhis) {
3281     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
3282       return false;
3283
3284     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
3285     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
3286     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
3287       if (CE->canTrap())
3288         return false;
3289
3290     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
3291     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
3292     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
3293       if (CE->canTrap())
3294         return false;
3295   }
3296
3297   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
3298   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
3299
3300   LLVM_DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
3301                     << "AND: " << *BI->getParent());
3302
3303   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
3304   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
3305   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
3306   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
3307   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
3308   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
3309   // infinite loop with no cond branch.
3310   if (OtherDest == BB) {
3311     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
3312     // or it won't matter if it's hot. :)
3313     BasicBlock *InfLoopBlock =
3314         BasicBlock::Create(BB->getContext(), "infloop", BB->getParent());
3315     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
3316     OtherDest = InfLoopBlock;
3317   }
3318
3319   LLVM_DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
3320
3321   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
3322   // it alone, but modify PBI.
3323
3324   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
3325   Value *PBICond = PBI->getCondition();
3326   IRBuilder<NoFolder> Builder(PBI);
3327   if (PBIOp)
3328     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName() + ".not");
3329
3330   Value *BICond = BI->getCondition();
3331   if (BIOp)
3332     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName() + ".not");
3333
3334   // Merge the conditions.
3335   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
3336
3337   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
3338   PBI->setCondition(Cond);
3339   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
3340   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
3341
3342   // Update branch weight for PBI.
3343   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
3344   uint64_t PredCommon, PredOther, SuccCommon, SuccOther;
3345   bool HasWeights =
3346       extractPredSuccWeights(PBI, BI, PredTrueWeight, PredFalseWeight,
3347                              SuccTrueWeight, SuccFalseWeight);
3348   if (HasWeights) {
3349     PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
3350     PredOther = PBIOp ? PredTrueWeight : PredFalseWeight;
3351     SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
3352     SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
3353     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
3354     //                                    PredOther * SuccCommon.
3355     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
3356     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
3357                                   PredOther * SuccCommon,
3358                               PredOther * SuccOther};
3359     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
3360     FitWeights(NewWeights);
3361
3362     setBranchWeights(PBI, NewWeights[0], NewWeights[1]);
3363   }
3364
3365   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
3366   // block that are identical to the entries for BI's block.
3367   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
3368
3369   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
3370   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
3371   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
3372   // them agree.
3373   for (PHINode &PN : CommonDest->phis()) {
3374     Value *BIV = PN.getIncomingValueForBlock(BB);
3375     unsigned PBBIdx = PN.getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
3376     Value *PBIV = PN.getIncomingValue(PBBIdx);
3377     if (BIV != PBIV) {
3378       // Insert a select in PBI to pick the right value.
3379       SelectInst *NV = cast<SelectInst>(
3380           Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName() + ".mux"));
3381       PN.setIncomingValue(PBBIdx, NV);
3382       // Although the select has the same condition as PBI, the original branch
3383       // weights for PBI do not apply to the new select because the select's
3384       // 'logical' edges are incoming edges of the phi that is eliminated, not
3385       // the outgoing edges of PBI.
3386       if (HasWeights) {
3387         uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
3388         uint64_t PredOther = PBIOp ? PredTrueWeight : PredFalseWeight;
3389         uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
3390         uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
3391         // The weight to PredCommonDest should be PredCommon * SuccTotal.
3392         // The weight to PredOtherDest should be PredOther * SuccCommon.
3393         uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther),
3394                                   PredOther * SuccCommon};
3395
3396         FitWeights(NewWeights);
3397
3398         setBranchWeights(NV, NewWeights[0], NewWeights[1]);
3399       }
3400     }
3401   }
3402
3403   LLVM_DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
3404   LLVM_DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
3405
3406   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
3407   // one fewer predecessor.
3408   return true;
3409 }
3410
3411 // Simplifies a terminator by replacing it with a branch to TrueBB if Cond is
3412 // true or to FalseBB if Cond is false.
3413 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
3414 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
3415 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
3416 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(Instruction *OldTerm, Value *Cond,
3417                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
3418                                        uint32_t TrueWeight,
3419                                        uint32_t FalseWeight) {
3420   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
3421   // First, figure out which successors to preserve.
3422   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
3423   // successor.
3424   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
3425   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
3426
3427   // Then remove the rest.
3428   for (BasicBlock *Succ : successors(OldTerm)) {
3429     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
3430     if (Succ == KeepEdge1)
3431       KeepEdge1 = nullptr;
3432     else if (Succ == KeepEdge2)
3433       KeepEdge2 = nullptr;
3434     else
3435       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent(),
3436                               /*KeepOneInputPHIs=*/true);
3437   }
3438
3439   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
3440   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
3441
3442   // Insert an appropriate new terminator.
3443   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
3444     if (TrueBB == FalseBB)
3445       // We were only looking for one successor, and it was present.
3446       // Create an unconditional branch to it.
3447       Builder.CreateBr(TrueBB);
3448     else {
3449       // We found both of the successors we were looking for.
3450       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
3451       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
3452       if (TrueWeight != FalseWeight)
3453         setBranchWeights(NewBI, TrueWeight, FalseWeight);
3454     }
3455   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
3456     // Neither of the selected blocks were successors, so this
3457     // terminator must be unreachable.
3458     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
3459   } else {
3460     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
3461     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
3462     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
3463     if (!KeepEdge1)
3464       // Only TrueBB was found.
3465       Builder.CreateBr(TrueBB);
3466     else
3467       // Only FalseBB was found.
3468       Builder.CreateBr(FalseBB);
3469   }
3470
3471   EraseTerminatorAndDCECond(OldTerm);
3472   return true;
3473 }
3474
3475 // Replaces
3476 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
3477 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
3478 // unconditional otherwise.
3479 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
3480   // Check for constant integer values in the select.
3481   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
3482   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
3483   if (!TrueVal || !FalseVal)
3484     return false;
3485
3486   // Find the relevant condition and destinations.
3487   Value *Condition = Select->getCondition();
3488   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal)->getCaseSuccessor();
3489   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal)->getCaseSuccessor();
3490
3491   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
3492   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
3493   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3494   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3495   if (HasWeights) {
3496     GetBranchWeights(SI, Weights);
3497     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3498       TrueWeight =
3499           (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal)->getSuccessorIndex()];
3500       FalseWeight =
3501           (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal)->getSuccessorIndex()];
3502     }
3503   }
3504
3505   // Perform the actual simplification.
3506   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB, TrueWeight,
3507                                     FalseWeight);
3508 }
3509
3510 // Replaces
3511 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
3512 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
3513 // with
3514 //   (br cond, BlockA, BlockB).
3515 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
3516   // Check that both operands of the select are block addresses.
3517   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
3518   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
3519   if (!TBA || !FBA)
3520     return false;
3521
3522   // Extract the actual blocks.
3523   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
3524   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
3525
3526   // Perform the actual simplification.
3527   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB, 0,
3528                                     0);
3529 }
3530
3531 /// This is called when we find an icmp instruction
3532 /// (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
3533 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
3534 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
3535 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
3536 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
3537 /// like:
3538 ///
3539 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
3540 /// DEFAULT:
3541 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
3542 ///   br label %end
3543 /// end:
3544 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
3545 ///
3546 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
3547 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
3548 bool SimplifyCFGOpt::tryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
3549     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder) {
3550   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
3551
3552   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
3553   // complex.
3554   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse())
3555     return false;
3556
3557   Value *V = ICI->getOperand(0);
3558   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
3559
3560   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
3561   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
3562   // fold the compared value into the switch to simplify things.
3563   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
3564   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator()))
3565     return false;
3566
3567   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
3568   if (SI->getCondition() != V)
3569     return false;
3570
3571   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
3572   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
3573   // away.
3574   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
3575     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
3576     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
3577     ICI->setOperand(0, VVal);
3578
3579     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, {DL, ICI})) {
3580       ICI->replaceAllUsesWith(V);
3581       ICI->eraseFromParent();
3582     }
3583     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3584     return requestResimplify();
3585   }
3586
3587   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
3588   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
3589   // and zap it.
3590   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
3591     Value *V;
3592     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3593       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3594     else
3595       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3596
3597     ICI->replaceAllUsesWith(V);
3598     ICI->eraseFromParent();
3599     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3600     return requestResimplify();
3601   }
3602
3603   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
3604   // the block.
3605   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
3606   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
3607   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
3608       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
3609     return false;
3610
3611   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
3612   // true in the PHI.
3613   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3614   Constant *NewCst = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3615
3616   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3617     std::swap(DefaultCst, NewCst);
3618
3619   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
3620   // false depending on if it is EQ or NE.
3621   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
3622   ICI->eraseFromParent();
3623
3624   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
3625   // the switch to the merge point on the compared value.
3626   BasicBlock *NewBB =
3627       BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge", BB->getParent(), BB);
3628   {
3629     SwitchInstProfUpdateWrapper SIW(*SI);
3630     auto W0 = SIW.getSuccessorWeight(0);
3631     SwitchInstProfUpdateWrapper::CaseWeightOpt NewW;
3632     if (W0) {
3633       NewW = ((uint64_t(*W0) + 1) >> 1);
3634       SIW.setSuccessorWeight(0, *NewW);
3635     }
3636     SIW.addCase(Cst, NewBB, NewW);
3637   }
3638
3639   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
3640   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
3641   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
3642   Builder.CreateBr(SuccBlock);
3643   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
3644   return true;
3645 }
3646
3647 /// The specified branch is a conditional branch.
3648 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
3649 /// fold it into a switch instruction if so.
3650 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder,
3651                                       const DataLayout &DL) {
3652   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
3653   if (!Cond)
3654     return false;
3655
3656   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
3657   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
3658   // 'setne's and'ed together, collect them.
3659
3660   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
3661   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
3662   // Unpack the result
3663   SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Values = ConstantCompare.Vals;
3664   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
3665   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
3666   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
3667
3668   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
3669   if (!CompVal)
3670     return false;
3671
3672   // Avoid turning single icmps into a switch.
3673   if (UsedICmps <= 1)
3674     return false;
3675
3676   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
3677
3678   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
3679   // instruction can't handle, remove them now.
3680   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
3681   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
3682
3683   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
3684   // transformation.  A switch with one value is just a conditional branch.
3685   if (ExtraCase && Values.size() < 2)
3686     return false;
3687
3688   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
3689   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
3690
3691   // Figure out which block is which destination.
3692   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
3693   BasicBlock *EdgeBB = BI->getSuccessor(0);
3694   if (!TrueWhenEqual)
3695     std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
3696
3697   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3698
3699   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
3700                     << " cases into SWITCH.  BB is:\n"
3701                     << *BB);
3702
3703   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
3704   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
3705   // right before the condbr to handle it.
3706   if (ExtraCase) {
3707     BasicBlock *NewBB =
3708         BB->splitBasicBlock(BI->getIterator(), "switch.early.test");
3709     // Remove the uncond branch added to the old block.
3710     Instruction *OldTI = BB->getTerminator();
3711     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
3712
3713     if (TrueWhenEqual)
3714       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
3715     else
3716       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
3717
3718     OldTI->eraseFromParent();
3719
3720     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
3721     // for the edge we just added.
3722     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
3723
3724     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
3725                       << "\nEXTRABB = " << *BB);
3726     BB = NewBB;
3727   }
3728
3729   Builder.SetInsertPoint(BI);
3730   // Convert pointer to int before we switch.
3731   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
3732     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(
3733         CompVal, DL.getIntPtrType(CompVal->getType()), "magicptr");
3734   }
3735
3736   // Create the new switch instruction now.
3737   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
3738
3739   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
3740   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
3741     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
3742
3743   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
3744   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
3745   // the number of edges added.
3746   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3747     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
3748     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
3749     for (unsigned i = 0, e = Values.size() - 1; i != e; ++i)
3750       PN->addIncoming(InVal, BB);
3751   }
3752
3753   // Erase the old branch instruction.
3754   EraseTerminatorAndDCECond(BI);
3755
3756   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
3757   return true;
3758 }
3759
3760 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3761   if (isa<PHINode>(RI->getValue()))
3762     return SimplifyCommonResume(RI);
3763   else if (isa<LandingPadInst>(RI->getParent()->getFirstNonPHI()) &&
3764            RI->getValue() == RI->getParent()->getFirstNonPHI())
3765     // The resume must unwind the exception that caused control to branch here.
3766     return SimplifySingleResume(RI);
3767
3768   return false;
3769 }
3770
3771 // Simplify resume that is shared by several landing pads (phi of landing pad).
3772 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCommonResume(ResumeInst *RI) {
3773   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3774
3775   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics
3776   // between the phi of landing pads (RI->getValue()) and resume instruction.
3777   BasicBlock::iterator I = cast<Instruction>(RI->getValue())->getIterator(),
3778                        E = RI->getIterator();
3779   while (++I != E)
3780     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3781       return false;
3782
3783   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> TrivialUnwindBlocks;
3784   auto *PhiLPInst = cast<PHINode>(RI->getValue());
3785
3786   // Check incoming blocks to see if any of them are trivial.
3787   for (unsigned Idx = 0, End = PhiLPInst->getNumIncomingValues(); Idx != End;
3788        Idx++) {
3789     auto *IncomingBB = PhiLPInst->getIncomingBlock(Idx);
3790     auto *IncomingValue = PhiLPInst->getIncomingValue(Idx);
3791
3792     // If the block has other successors, we can not delete it because
3793     // it has other dependents.
3794     if (IncomingBB->getUniqueSuccessor() != BB)
3795       continue;
3796
3797     auto *LandingPad = dyn_cast<LandingPadInst>(IncomingBB->getFirstNonPHI());
3798     // Not the landing pad that caused the control to branch here.
3799     if (IncomingValue != LandingPad)
3800       continue;
3801
3802     bool isTrivial = true;
3803
3804     I = IncomingBB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3805     E = IncomingBB->getTerminator()->getIterator();
3806     while (++I != E)
3807       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3808         isTrivial = false;
3809         break;
3810       }
3811
3812     if (isTrivial)
3813       TrivialUnwindBlocks.insert(IncomingBB);
3814   }
3815
3816   // If no trivial unwind blocks, don't do any simplifications.
3817   if (TrivialUnwindBlocks.empty())
3818     return false;
3819
3820   // Turn all invokes that unwind here into calls.
3821   for (auto *TrivialBB : TrivialUnwindBlocks) {
3822     // Blocks that will be simplified should be removed from the phi node.
3823     // Note there could be multiple edges to the resume block, and we need
3824     // to remove them all.
3825     while (PhiLPInst->getBasicBlockIndex(TrivialBB) != -1)
3826       BB->removePredecessor(TrivialBB, true);
3827
3828     for (pred_iterator PI = pred_begin(TrivialBB), PE = pred_end(TrivialBB);
3829          PI != PE;) {
3830       BasicBlock *Pred = *PI++;
3831       removeUnwindEdge(Pred);
3832     }
3833
3834     // In each SimplifyCFG run, only the current processed block can be erased.
3835     // Otherwise, it will break the iteration of SimplifyCFG pass. So instead
3836     // of erasing TrivialBB, we only remove the branch to the common resume
3837     // block so that we can later erase the resume block since it has no
3838     // predecessors.
3839     TrivialBB->getTerminator()->eraseFromParent();
3840     new UnreachableInst(RI->getContext(), TrivialBB);
3841   }
3842
3843   // Delete the resume block if all its predecessors have been removed.
3844   if (pred_empty(BB))
3845     BB->eraseFromParent();
3846
3847   return !TrivialUnwindBlocks.empty();
3848 }
3849
3850 // Simplify resume that is only used by a single (non-phi) landing pad.
3851 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySingleResume(ResumeInst *RI) {
3852   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3853   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3854   assert(RI->getValue() == LPInst &&
3855          "Resume must unwind the exception that caused control to here");
3856
3857   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3858   BasicBlock::iterator I = LPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3859   while (++I != E)
3860     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3861       return false;
3862
3863   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
3864   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3865     BasicBlock *Pred = *PI++;
3866     removeUnwindEdge(Pred);
3867   }
3868
3869   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
3870   if (LoopHeaders)
3871     LoopHeaders->erase(BB);
3872   BB->eraseFromParent();
3873   return true;
3874 }
3875
3876 static bool removeEmptyCleanup(CleanupReturnInst *RI) {
3877   // If this is a trivial cleanup pad that executes no instructions, it can be
3878   // eliminated.  If the cleanup pad continues to the caller, any predecessor
3879   // that is an EH pad will be updated to continue to the caller and any
3880   // predecessor that terminates with an invoke instruction will have its invoke
3881   // instruction converted to a call instruction.  If the cleanup pad being
3882   // simplified does not continue to the caller, each predecessor will be
3883   // updated to continue to the unwind destination of the cleanup pad being
3884   // simplified.
3885   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3886   CleanupPadInst *CPInst = RI->getCleanupPad();
3887   if (CPInst->getParent() != BB)
3888     // This isn't an empty cleanup.
3889     return false;
3890
3891   // We cannot kill the pad if it has multiple uses.  This typically arises
3892   // from unreachable basic blocks.
3893   if (!CPInst->hasOneUse())
3894     return false;
3895
3896   // Check that there are no other instructions except for benign intrinsics.
3897   BasicBlock::iterator I = CPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3898   while (++I != E) {
3899     auto *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I);
3900     if (!II)
3901       return false;
3902
3903     Intrinsic::ID IntrinsicID = II->getIntrinsicID();
3904     switch (IntrinsicID) {
3905     case Intrinsic::dbg_declare:
3906     case Intrinsic::dbg_value:
3907     case Intrinsic::dbg_label:
3908     case Intrinsic::lifetime_end:
3909       break;
3910     default:
3911       return false;
3912     }
3913   }
3914
3915   // If the cleanup return we are simplifying unwinds to the caller, this will
3916   // set UnwindDest to nullptr.
3917   BasicBlock *UnwindDest = RI->getUnwindDest();
3918   Instruction *DestEHPad = UnwindDest ? UnwindDest->getFirstNonPHI() : nullptr;
3919
3920   // We're about to remove BB from the control flow.  Before we do, sink any
3921   // PHINodes into the unwind destination.  Doing this before changing the
3922   // control flow avoids some potentially slow checks, since we can currently
3923   // be certain that UnwindDest and BB have no common predecessors (since they
3924   // are both EH pads).
3925   if (UnwindDest) {
3926     // First, go through the PHI nodes in UnwindDest and update any nodes that
3927     // reference the block we are removing
3928     for (BasicBlock::iterator I = UnwindDest->begin(),
3929                               IE = DestEHPad->getIterator();
3930          I != IE; ++I) {
3931       PHINode *DestPN = cast<PHINode>(I);
3932
3933       int Idx = DestPN->getBasicBlockIndex(BB);
3934       // Since BB unwinds to UnwindDest, it has to be in the PHI node.
3935       assert(Idx != -1);
3936       // This PHI node has an incoming value that corresponds to a control
3937       // path through the cleanup pad we are removing.  If the incoming
3938       // value is in the cleanup pad, it must be a PHINode (because we
3939       // verified above that the block is otherwise empty).  Otherwise, the
3940       // value is either a constant or a value that dominates the cleanup
3941       // pad being removed.
3942       //
3943       // Because BB and UnwindDest are both EH pads, all of their
3944       // predecessors must unwind to these blocks, and since no instruction
3945       // can have multiple unwind destinations, there will be no overlap in
3946       // incoming blocks between SrcPN and DestPN.
3947       Value *SrcVal = DestPN->getIncomingValue(Idx);
3948       PHINode *SrcPN = dyn_cast<PHINode>(SrcVal);
3949
3950       // Remove the entry for the block we are deleting.
3951       DestPN->removeIncomingValue(Idx, false);
3952
3953       if (SrcPN && SrcPN->getParent() == BB) {
3954         // If the incoming value was a PHI node in the cleanup pad we are
3955         // removing, we need to merge that PHI node's incoming values into
3956         // DestPN.
3957         for (unsigned SrcIdx = 0, SrcE = SrcPN->getNumIncomingValues();
3958              SrcIdx != SrcE; ++SrcIdx) {
3959           DestPN->addIncoming(SrcPN->getIncomingValue(SrcIdx),
3960                               SrcPN->getIncomingBlock(SrcIdx));
3961         }
3962       } else {
3963         // Otherwise, the incoming value came from above BB and
3964         // so we can just reuse it.  We must associate all of BB's
3965         // predecessors with this value.
3966         for (auto *pred : predecessors(BB)) {
3967           DestPN->addIncoming(SrcVal, pred);
3968         }
3969       }
3970     }
3971
3972     // Sink any remaining PHI nodes directly into UnwindDest.
3973     Instruction *InsertPt = DestEHPad;
3974     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(),
3975                               IE = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3976          I != IE;) {
3977       // The iterator must be incremented here because the instructions are
3978       // being moved to another block.
3979       PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
3980       if (PN->use_empty())
3981         // If the PHI node has no uses, just leave it.  It will be erased
3982         // when we erase BB below.
3983         continue;
3984
3985       // Otherwise, sink this PHI node into UnwindDest.
3986       // Any predecessors to UnwindDest which are not already represented
3987       // must be back edges which inherit the value from the path through
3988       // BB.  In this case, the PHI value must reference itself.
3989       for (auto *pred : predecessors(UnwindDest))
3990         if (pred != BB)
3991           PN->addIncoming(PN, pred);
3992       PN->moveBefore(InsertPt);
3993     }
3994   }
3995
3996   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3997     // The iterator must be updated here because we are removing this pred.
3998     BasicBlock *PredBB = *PI++;
3999     if (UnwindDest == nullptr) {
4000       removeUnwindEdge(PredBB);
4001     } else {
4002       Instruction *TI = PredBB->getTerminator();
4003       TI->replaceUsesOfWith(BB, UnwindDest);
4004     }
4005   }
4006
4007   // The cleanup pad is now unreachable.  Zap it.
4008   BB->eraseFromParent();
4009   return true;
4010 }
4011
4012 // Try to merge two cleanuppads together.
4013 static bool mergeCleanupPad(CleanupReturnInst *RI) {
4014   // Skip any cleanuprets which unwind to caller, there is nothing to merge
4015   // with.
4016   BasicBlock *UnwindDest = RI->getUnwindDest();
4017   if (!UnwindDest)
4018     return false;
4019
4020   // This cleanupret isn't the only predecessor of this cleanuppad, it wouldn't
4021   // be safe to merge without code duplication.
4022   if (UnwindDest->getSinglePredecessor() != RI->getParent())
4023     return false;
4024
4025   // Verify that our cleanuppad's unwind destination is another cleanuppad.
4026   auto *SuccessorCleanupPad = dyn_cast<CleanupPadInst>(&UnwindDest->front());
4027   if (!SuccessorCleanupPad)
4028     return false;
4029
4030   CleanupPadInst *PredecessorCleanupPad = RI->getCleanupPad();
4031   // Replace any uses of the successor cleanupad with the predecessor pad
4032   // The only cleanuppad uses should be this cleanupret, it's cleanupret and
4033   // funclet bundle operands.
4034   SuccessorCleanupPad->replaceAllUsesWith(PredecessorCleanupPad);
4035   // Remove the old cleanuppad.
4036   SuccessorCleanupPad->eraseFromParent();
4037   // Now, we simply replace the cleanupret with a branch to the unwind
4038   // destination.
4039   BranchInst::Create(UnwindDest, RI->getParent());
4040   RI->eraseFromParent();
4041
4042   return true;
4043 }
4044
4045 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI) {
4046   // It is possible to transiantly have an undef cleanuppad operand because we
4047   // have deleted some, but not all, dead blocks.
4048   // Eventually, this block will be deleted.
4049   if (isa<UndefValue>(RI->getOperand(0)))
4050     return false;
4051
4052   if (mergeCleanupPad(RI))
4053     return true;
4054
4055   if (removeEmptyCleanup(RI))
4056     return true;
4057
4058   return false;
4059 }
4060
4061 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
4062   BasicBlock *BB = RI->getParent();
4063   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
4064     return false;
4065
4066   // Find predecessors that end with branches.
4067   SmallVector<BasicBlock *, 8> UncondBranchPreds;
4068   SmallVector<BranchInst *, 8> CondBranchPreds;
4069   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
4070     BasicBlock *P = *PI;
4071     Instruction *PTI = P->getTerminator();
4072     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
4073       if (BI->isUnconditional())
4074         UncondBranchPreds.push_back(P);
4075       else
4076         CondBranchPreds.push_back(BI);
4077     }
4078   }
4079
4080   // If we found some, do the transformation!
4081   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
4082     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
4083       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
4084       LLVM_DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
4085                         << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
4086       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
4087     }
4088
4089     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
4090     if (pred_empty(BB)) {
4091       // We know there are no successors, so just nuke the block.
4092       if (LoopHeaders)
4093         LoopHeaders->erase(BB);
4094       BB->eraseFromParent();
4095     }
4096
4097     return true;
4098   }
4099
4100   // Check out all of the conditional branches going to this return
4101   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
4102   // branch itself into a select/return pair.
4103   while (!CondBranchPreds.empty()) {
4104     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
4105
4106     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
4107     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
4108         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
4109         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
4110       return true;
4111   }
4112   return false;
4113 }
4114
4115 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
4116   BasicBlock *BB = UI->getParent();
4117
4118   bool Changed = false;
4119
4120   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
4121   // be removed, do so.
4122   while (UI->getIterator() != BB->begin()) {
4123     BasicBlock::iterator BBI = UI->getIterator();
4124     --BBI;
4125     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
4126     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
4127     // operations may have this effect.
4128     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4129       break;
4130
4131     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
4132       if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
4133         if (SI->isVolatile())
4134           break;
4135       } else if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
4136         if (LI->isVolatile())
4137           break;
4138       } else if (auto *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
4139         if (RMWI->isVolatile())
4140           break;
4141       } else if (auto *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
4142         if (CXI->isVolatile())
4143           break;
4144       } else if (isa<CatchPadInst>(BBI)) {
4145         // A catchpad may invoke exception object constructors and such, which
4146         // in some languages can be arbitrary code, so be conservative by
4147         // default.
4148         // For CoreCLR, it just involves a type test, so can be removed.
4149         if (classifyEHPersonality(BB->getParent()->getPersonalityFn()) !=
4150             EHPersonality::CoreCLR)
4151           break;
4152       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
4153                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
4154         break;
4155       }
4156       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
4157       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
4158       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
4159       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
4160     }
4161
4162     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
4163     if (!BBI->use_empty())
4164       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
4165     BBI->eraseFromParent();
4166     Changed = true;
4167   }
4168
4169   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
4170   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
4171   if (&BB->front() != UI)
4172     return Changed;
4173
4174   SmallVector<BasicBlock *, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
4175   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
4176     Instruction *TI = Preds[i]->getTerminator();
4177     IRBuilder<> Builder(TI);
4178     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
4179       if (BI->isUnconditional()) {
4180         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
4181           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
4182           TI->eraseFromParent();
4183           Changed = true;
4184         }
4185       } else {
4186         Value* Cond = BI->getCondition();
4187         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
4188           Builder.CreateAssumption(Builder.CreateNot(Cond));
4189           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
4190           EraseTerminatorAndDCECond(BI);
4191         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
4192           Builder.CreateAssumption(Cond);
4193           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
4194           EraseTerminatorAndDCECond(BI);
4195           Changed = true;
4196         }
4197       }
4198     } else if (auto *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
4199       SwitchInstProfUpdateWrapper SU(*SI);
4200       for (auto i = SU->case_begin(), e = SU->case_end(); i != e;) {
4201         if (i->getCaseSuccessor() != BB) {
4202           ++i;
4203           continue;
4204         }
4205         BB->removePredecessor(SU->getParent());
4206         i = SU.removeCase(i);
4207         e = SU->case_end();
4208         Changed = true;
4209       }
4210     } else if (auto *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
4211       if (II->getUnwindDest() == BB) {
4212         removeUnwindEdge(TI->getParent());
4213         Changed = true;
4214       }
4215     } else if (auto *CSI = dyn_cast<CatchSwitchInst>(TI)) {
4216       if (CSI->getUnwindDest() == BB) {
4217         removeUnwindEdge(TI->getParent());
4218         Changed = true;
4219         continue;
4220       }
4221
4222       for (CatchSwitchInst::handler_iterator I = CSI->handler_begin(),
4223                                              E = CSI->handler_end();
4224            I != E; ++I) {
4225         if (*I == BB) {
4226           CSI->removeHandler(I);
4227           --I;
4228           --E;
4229           Changed = true;
4230         }
4231       }
4232       if (CSI->getNumHandlers() == 0) {
4233         BasicBlock *CatchSwitchBB = CSI->getParent();
4234         if (CSI->hasUnwindDest()) {
4235           // Redirect preds to the unwind dest
4236           CatchSwitchBB->replaceAllUsesWith(CSI->getUnwindDest());
4237         } else {
4238           // Rewrite all preds to unwind to caller (or from invoke to call).
4239           SmallVector<BasicBlock *, 8> EHPreds(predecessors(CatchSwitchBB));
4240           for (BasicBlock *EHPred : EHPreds)
4241             removeUnwindEdge(EHPred);
4242         }
4243         // The catchswitch is no longer reachable.
4244         new UnreachableInst(CSI->getContext(), CSI);
4245         CSI->eraseFromParent();
4246         Changed = true;
4247       }
4248     } else if (isa<CleanupReturnInst>(TI)) {
4249       new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
4250       TI->eraseFromParent();
4251       Changed = true;
4252     }
4253   }
4254
4255   // If this block is now dead, remove it.
4256   if (pred_empty(BB) && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
4257     // We know there are no successors, so just nuke the block.
4258     if (LoopHeaders)
4259       LoopHeaders->erase(BB);
4260     BB->eraseFromParent();
4261     return true;
4262   }
4263
4264   return Changed;
4265 }
4266
4267 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
4268   assert(Cases.size() >= 1);
4269
4270   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
4271   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
4272     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
4273       return false;
4274   }
4275   return true;
4276 }
4277
4278 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
4279 /// comparison and branch.
4280 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4281   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4282
4283   bool HasDefault =
4284       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4285
4286   // Partition the cases into two sets with different destinations.
4287   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
4288   BasicBlock *DestB = nullptr;
4289   SmallVector<ConstantInt *, 16> CasesA;
4290   SmallVector<ConstantInt *, 16> CasesB;
4291
4292   for (auto Case : SI->cases()) {
4293     BasicBlock *Dest = Case.getCaseSuccessor();
4294     if (!DestA)
4295       DestA = Dest;
4296     if (Dest == DestA) {
4297       CasesA.push_back(Case.getCaseValue());
4298       continue;
4299     }
4300     if (!DestB)
4301       DestB = Dest;
4302     if (Dest == DestB) {
4303       CasesB.push_back(Case.getCaseValue());
4304       continue;
4305     }
4306     return false; // More than two destinations.
4307   }
4308
4309   assert(DestA && DestB &&
4310          "Single-destination switch should have been folded.");
4311   assert(DestA != DestB);
4312   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
4313   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
4314   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
4315
4316   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
4317   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
4318   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
4319   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
4320   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
4321     ContiguousCases = &CasesA;
4322     ContiguousDest = DestA;
4323     OtherDest = DestB;
4324   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
4325     ContiguousCases = &CasesB;
4326     ContiguousDest = DestB;
4327     OtherDest = DestA;
4328   } else
4329     return false;
4330
4331   // Start building the compare and branch.
4332
4333   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
4334   Constant *NumCases =
4335       ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
4336
4337   Value *Sub = SI->getCondition();
4338   if (!Offset->isNullValue())
4339     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
4340
4341   Value *Cmp;
4342   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
4343   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
4344     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
4345   else
4346     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
4347   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
4348
4349   // Update weight for the newly-created conditional branch.
4350   if (HasBranchWeights(SI)) {
4351     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
4352     GetBranchWeights(SI, Weights);
4353     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
4354       uint64_t TrueWeight = 0;
4355       uint64_t FalseWeight = 0;
4356       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
4357         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
4358           TrueWeight += Weights[I];
4359         else
4360           FalseWeight += Weights[I];
4361       }
4362       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
4363         TrueWeight /= 2;
4364         FalseWeight /= 2;
4365       }
4366       setBranchWeights(NewBI, TrueWeight, FalseWeight);
4367     }
4368   }
4369
4370   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
4371   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
4372     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
4373     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest())
4374       ++PreviousEdges;
4375     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
4376       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
4377   }
4378   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
4379     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
4380     if (OtherDest == SI->getDefaultDest())
4381       ++PreviousEdges;
4382     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
4383       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
4384   }
4385
4386   // Drop the switch.
4387   SI->eraseFromParent();
4388
4389   return true;
4390 }
4391
4392 /// Compute masked bits for the condition of a switch
4393 /// and use it to remove dead cases.
4394 static bool eliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, AssumptionCache *AC,
4395                                      const DataLayout &DL) {
4396   Value *Cond = SI->getCondition();
4397   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
4398   KnownBits Known = computeKnownBits(Cond, DL, 0, AC, SI);
4399
4400   // We can also eliminate cases by determining that their values are outside of
4401   // the limited range of the condition based on how many significant (non-sign)
4402   // bits are in the condition value.
4403   unsigned ExtraSignBits = ComputeNumSignBits(Cond, DL, 0, AC, SI) - 1;
4404   unsigned MaxSignificantBitsInCond = Bits - ExtraSignBits;
4405
4406   // Gather dead cases.
4407   SmallVector<ConstantInt *, 8> DeadCases;
4408   for (auto &Case : SI->cases()) {
4409     const APInt &CaseVal = Case.getCaseValue()->getValue();
4410     if (Known.Zero.intersects(CaseVal) || !Known.One.isSubsetOf(CaseVal) ||
4411         (CaseVal.getMinSignedBits() > MaxSignificantBitsInCond)) {
4412       DeadCases.push_back(Case.getCaseValue());
4413       LLVM_DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case " << CaseVal
4414                         << " is dead.\n");
4415     }
4416   }
4417
4418   // If we can prove that the cases must cover all possible values, the
4419   // default destination becomes dead and we can remove it.  If we know some
4420   // of the bits in the value, we can use that to more precisely compute the
4421   // number of possible unique case values.
4422   bool HasDefault =
4423       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4424   const unsigned NumUnknownBits =
4425       Bits - (Known.Zero | Known.One).countPopulation();
4426   assert(NumUnknownBits <= Bits);
4427   if (HasDefault && DeadCases.empty() &&
4428       NumUnknownBits < 64 /* avoid overflow */ &&
4429       SI->getNumCases() == (1ULL << NumUnknownBits)) {
4430     LLVM_DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch default is dead.\n");
4431     BasicBlock *NewDefault =
4432         SplitBlockPredecessors(SI->getDefaultDest(), SI->getParent(), "");
4433     SI->setDefaultDest(&*NewDefault);
4434     SplitBlock(&*NewDefault, &NewDefault->front());
4435     auto *OldTI = NewDefault->getTerminator();
4436     new UnreachableInst(SI->getContext(), OldTI);
4437     EraseTerminatorAndDCECond(OldTI);
4438     return true;
4439   }
4440
4441   if (DeadCases.empty())
4442     return false;
4443
4444   SwitchInstProfUpdateWrapper SIW(*SI);
4445   for (ConstantInt *DeadCase : DeadCases) {
4446     SwitchInst::CaseIt CaseI = SI->findCaseValue(DeadCase);
4447     assert(CaseI != SI->case_default() &&
4448            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
4449     // Prune unused values from PHI nodes.
4450     CaseI->getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
4451     SIW.removeCase(CaseI);
4452   }
4453
4454   return true;
4455 }
4456
4457 /// If BB would be eligible for simplification by
4458 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
4459 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
4460 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
4461 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
4462 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
4463                                               BasicBlock *BB, int *PhiIndex) {
4464   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
4465     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
4466   if (!BB->getSinglePredecessor())
4467     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
4468
4469   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
4470   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
4471     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
4472
4473   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
4474
4475   for (PHINode &PHI : Succ->phis()) {
4476     int Idx = PHI.getBasicBlockIndex(BB);
4477     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
4478
4479     Value *InValue = PHI.getIncomingValue(Idx);
4480     if (InValue != CaseValue)
4481       continue;
4482
4483     *PhiIndex = Idx;
4484     return &PHI;
4485   }
4486
4487   return nullptr;
4488 }
4489
4490 /// Try to forward the condition of a switch instruction to a phi node
4491 /// dominated by the switch, if that would mean that some of the destination
4492 /// blocks of the switch can be folded away. Return true if a change is made.
4493 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
4494   using ForwardingNodesMap = DenseMap<PHINode *, SmallVector<int, 4>>;
4495
4496   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
4497   BasicBlock *SwitchBlock = SI->getParent();
4498   bool Changed = false;
4499   for (auto &Case : SI->cases()) {
4500     ConstantInt *CaseValue = Case.getCaseValue();
4501     BasicBlock *CaseDest = Case.getCaseSuccessor();
4502
4503     // Replace phi operands in successor blocks that are using the constant case
4504     // value rather than the switch condition variable:
4505     //   switchbb:
4506     //   switch i32 %x, label %default [
4507     //     i32 17, label %succ
4508     //   ...
4509     //   succ:
4510     //     %r = phi i32 ... [ 17, %switchbb ] ...
4511     // -->
4512     //     %r = phi i32 ... [ %x, %switchbb ] ...
4513
4514     for (PHINode &Phi : CaseDest->phis()) {
4515       // This only works if there is exactly 1 incoming edge from the switch to
4516       // a phi. If there is >1, that means multiple cases of the switch map to 1
4517       // value in the phi, and that phi value is not the switch condition. Thus,
4518       // this transform would not make sense (the phi would be invalid because
4519       // a phi can't have different incoming values from the same block).
4520       int SwitchBBIdx = Phi.getBasicBlockIndex(SwitchBlock);
4521       if (Phi.getIncomingValue(SwitchBBIdx) == CaseValue &&
4522           count(Phi.blocks(), SwitchBlock) == 1) {
4523         Phi.setIncomingValue(SwitchBBIdx, SI->getCondition());
4524         Changed = true;
4525       }
4526     }
4527
4528     // Collect phi nodes that are indirectly using this switch's case constants.
4529     int PhiIdx;
4530     if (auto *Phi = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest, &PhiIdx))
4531       ForwardingNodes[Phi].push_back(PhiIdx);
4532   }
4533
4534   for (auto &ForwardingNode : ForwardingNodes) {
4535     PHINode *Phi = ForwardingNode.first;
4536     SmallVectorImpl<int> &Indexes = ForwardingNode.second;
4537     if (Indexes.size() < 2)
4538       continue;
4539
4540     for (int Index : Indexes)
4541       Phi->setIncomingValue(Index, SI->getCondition());
4542     Changed = true;
4543   }
4544
4545   return Changed;
4546 }
4547
4548 /// Return true if the backend will be able to handle
4549 /// initializing an array of constants like C.
4550 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C, const TargetTransformInfo &TTI) {
4551   if (C->isThreadDependent())
4552     return false;
4553   if (C->isDLLImportDependent())
4554     return false;
4555
4556   if (!isa<ConstantFP>(C) && !isa<ConstantInt>(C) &&
4557       !isa<ConstantPointerNull>(C) && !isa<GlobalValue>(C) &&
4558       !isa<UndefValue>(C) && !isa<ConstantExpr>(C))
4559     return false;
4560
4561   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
4562     if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
4563       return false;
4564     if (!ValidLookupTableConstant(CE->getOperand(0), TTI))
4565       return false;
4566   }
4567
4568   if (!TTI.shouldBuildLookupTablesForConstant(C))
4569     return false;
4570
4571   return true;
4572 }
4573
4574 /// If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
4575 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
4576 static Constant *
4577 LookupConstant(Value *V,
4578                const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
4579   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
4580     return C;
4581   return ConstantPool.lookup(V);
4582 }
4583
4584 /// Try to fold instruction I into a constant. This works for
4585 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
4586 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
4587 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
4588 static Constant *
4589 ConstantFold(Instruction *I, const DataLayout &DL,
4590              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
4591   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
4592     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
4593     if (!A)
4594       return nullptr;
4595     if (A->isAllOnesValue())
4596       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
4597     if (A->isNullValue())
4598       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
4599     return nullptr;
4600   }
4601
4602   SmallVector<Constant *, 4> COps;
4603   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
4604     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
4605       COps.push_back(A);
4606     else
4607       return nullptr;
4608   }
4609
4610   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
4611     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
4612                                            COps[1], DL);
4613   }
4614
4615   return ConstantFoldInstOperands(I, COps, DL);
4616 }
4617
4618 /// Try to determine the resulting constant values in phi nodes
4619 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
4620 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
4621 /// case), of a switch instruction SI.
4622 static bool
4623 GetCaseResults(SwitchInst *SI, ConstantInt *CaseVal, BasicBlock *CaseDest,
4624                BasicBlock **CommonDest,
4625                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *>> &Res,
4626                const DataLayout &DL, const TargetTransformInfo &TTI) {
4627   // The block from which we enter the common destination.
4628   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
4629
4630   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
4631   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
4632   SmallDenseMap<Value *, Constant *> ConstantPool;
4633   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
4634   for (Instruction &I :CaseDest->instructionsWithoutDebug()) {
4635     if (I.isTerminator()) {
4636       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
4637       if (I.getNumSuccessors() != 1 || I.isExceptionalTerminator())
4638         return false;
4639       Pred = CaseDest;
4640       CaseDest = I.getSuccessor(0);
4641     } else if (Constant *C = ConstantFold(&I, DL, ConstantPool)) {
4642       // Instruction is side-effect free and constant.
4643
4644       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
4645       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
4646       // no longer dominate all its uses.
4647       for (auto &Use : I.uses()) {
4648         User *User = Use.getUser();
4649         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
4650           if (I->getParent() == CaseDest)
4651             continue;
4652         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
4653           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
4654             continue;
4655         return false;
4656       }
4657
4658       ConstantPool.insert(std::make_pair(&I, C));
4659     } else {
4660       break;
4661     }
4662   }
4663
4664   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
4665   if (!*CommonDest)
4666     *CommonDest = CaseDest;
4667   // If the destination isn't the common one, abort.
4668   if (CaseDest != *CommonDest)
4669     return false;
4670
4671   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
4672   for (PHINode &PHI : (*CommonDest)->phis()) {
4673     int Idx = PHI.getBasicBlockIndex(Pred);
4674     if (Idx == -1)
4675       continue;
4676
4677     Constant *ConstVal =
4678         LookupConstant(PHI.getIncomingValue(Idx), ConstantPool);
4679     if (!ConstVal)
4680       return false;
4681
4682     // Be conservative about which kinds of constants we support.
4683     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal, TTI))
4684       return false;
4685
4686     Res.push_back(std::make_pair(&PHI, ConstVal));
4687   }
4688
4689   return Res.size() > 0;
4690 }
4691
4692 // Helper function used to add CaseVal to the list of cases that generate
4693 // Result. Returns the updated number of cases that generate this result.
4694 static uintptr_t MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
4695                                  SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
4696                                  Constant *Result) {
4697   for (auto &I : UniqueResults) {
4698     if (I.first == Result) {
4699       I.second.push_back(CaseVal);
4700       return I.second.size();
4701     }
4702   }
4703   UniqueResults.push_back(
4704       std::make_pair(Result, SmallVector<ConstantInt *, 4>(1, CaseVal)));
4705   return 1;
4706 }
4707
4708 // Helper function that initializes a map containing
4709 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
4710 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
4711 // there is not a common destination block for the switch.
4712 static bool
4713 InitializeUniqueCases(SwitchInst *SI, PHINode *&PHI, BasicBlock *&CommonDest,
4714                       SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
4715                       Constant *&DefaultResult, const DataLayout &DL,
4716                       const TargetTransformInfo &TTI,
4717                       uintptr_t MaxUniqueResults, uintptr_t MaxCasesPerResult) {
4718   for (auto &I : SI->cases()) {
4719     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
4720
4721     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4722     SwitchCaseResultsTy Results;
4723     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
4724                         DL, TTI))
4725       return false;
4726
4727     // Only one value per case is permitted.
4728     if (Results.size() > 1)
4729       return false;
4730
4731     // Add the case->result mapping to UniqueResults.
4732     const uintptr_t NumCasesForResult =
4733         MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
4734
4735     // Early out if there are too many cases for this result.
4736     if (NumCasesForResult > MaxCasesPerResult)
4737       return false;
4738
4739     // Early out if there are too many unique results.
4740     if (UniqueResults.size() > MaxUniqueResults)
4741       return false;
4742
4743     // Check the PHI consistency.
4744     if (!PHI)
4745       PHI = Results[0].first;
4746     else if (PHI != Results[0].first)
4747       return false;
4748   }
4749   // Find the default result value.
4750   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
4751   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
4752   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
4753                  DL, TTI);
4754   // If the default value is not found abort unless the default destination
4755   // is unreachable.
4756   DefaultResult =
4757       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
4758   if ((!DefaultResult &&
4759        !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
4760     return false;
4761
4762   return true;
4763 }
4764
4765 // Helper function that checks if it is possible to transform a switch with only
4766 // two cases (or two cases + default) that produces a result into a select.
4767 // Example:
4768 // switch (a) {
4769 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
4770 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
4771 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
4772 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
4773 //   default:
4774 //     return 4;
4775 // }
4776 static Value *ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
4777                                    Constant *DefaultResult, Value *Condition,
4778                                    IRBuilder<> &Builder) {
4779   assert(ResultVector.size() == 2 &&
4780          "We should have exactly two unique results at this point");
4781   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
4782   // select or a two-way select if default is possible.
4783   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
4784       ResultVector[1].second.size() == 1) {
4785     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
4786     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
4787
4788     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
4789     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
4790     if (DefaultCanTrigger) {
4791       Value *const ValueCompare =
4792           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
4793       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
4794                                          DefaultResult, "switch.select");
4795     }
4796     Value *const ValueCompare =
4797         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
4798     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first,
4799                                 SelectValue, "switch.select");
4800   }
4801
4802   return nullptr;
4803 }
4804
4805 // Helper function to cleanup a switch instruction that has been converted into
4806 // a select, fixing up PHI nodes and basic blocks.
4807 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
4808                                               Value *SelectValue,
4809                                               IRBuilder<> &Builder) {
4810   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
4811   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
4812     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
4813   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
4814
4815   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
4816
4817   // Remove the switch.
4818   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4819     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4820
4821     if (Succ == PHI->getParent())
4822       continue;
4823     Succ->removePredecessor(SelectBB);
4824   }
4825   SI->eraseFromParent();
4826 }
4827
4828 /// If the switch is only used to initialize one or more
4829 /// phi nodes in a common successor block with only two different
4830 /// constant values, replace the switch with select.
4831 static bool switchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4832                            const DataLayout &DL,
4833                            const TargetTransformInfo &TTI) {
4834   Value *const Cond = SI->getCondition();
4835   PHINode *PHI = nullptr;
4836   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4837   Constant *DefaultResult;
4838   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
4839   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
4840   if (!InitializeUniqueCases(SI, PHI, CommonDest, UniqueResults, DefaultResult,
4841                              DL, TTI, 2, 1))
4842     return false;
4843   // Selects choose between maximum two values.
4844   if (UniqueResults.size() != 2)
4845     return false;
4846   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
4847
4848   Builder.SetInsertPoint(SI);
4849   Value *SelectValue =
4850       ConvertTwoCaseSwitch(UniqueResults, DefaultResult, Cond, Builder);
4851   if (SelectValue) {
4852     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
4853     return true;
4854   }
4855   // The switch couldn't be converted into a select.
4856   return false;
4857 }
4858
4859 namespace {
4860
4861 /// This class represents a lookup table that can be used to replace a switch.
4862 class SwitchLookupTable {
4863 public:
4864   /// Create a lookup table to use as a switch replacement with the contents
4865   /// of Values, using DefaultValue to fill any holes in the table.
4866   SwitchLookupTable(
4867       Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4868       const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4869       Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL, const StringRef &FuncName);
4870
4871   /// Build instructions with Builder to retrieve the value at
4872   /// the position given by Index in the lookup table.
4873   Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
4874
4875   /// Return true if a table with TableSize elements of
4876   /// type ElementType would fit in a target-legal register.
4877   static bool WouldFitInRegister(const DataLayout &DL, uint64_t TableSize,
4878                                  Type *ElementType);
4879
4880 private:
4881   // Depending on the contents of the table, it can be represented in
4882   // different ways.
4883   enum {
4884     // For tables where each element contains the same value, we just have to
4885     // store that single value and return it for each lookup.
4886     SingleValueKind,
4887
4888     // For tables where there is a linear relationship between table index
4889     // and values. We calculate the result with a simple multiplication
4890     // and addition instead of a table lookup.
4891     LinearMapKind,
4892
4893     // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
4894     // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
4895     // shift and mask operations.
4896     BitMapKind,
4897
4898     // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
4899     // instructions from the table.
4900     ArrayKind
4901   } Kind;
4902
4903   // For SingleValueKind, this is the single value.
4904   Constant *SingleValue = nullptr;
4905
4906   // For BitMapKind, this is the bitmap.
4907   ConstantInt *BitMap = nullptr;
4908   IntegerType *BitMapElementTy = nullptr;
4909
4910   // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
4911   ConstantInt *LinearOffset = nullptr;
4912   ConstantInt *LinearMultiplier = nullptr;
4913
4914   // For ArrayKind, this is the array.
4915   GlobalVariable *Array = nullptr;
4916 };
4917
4918 } // end anonymous namespace
4919
4920 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(
4921     Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4922     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4923     Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL, const StringRef &FuncName) {
4924   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
4925   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
4926
4927   // If all values in the table are equal, this is that value.
4928   SingleValue = Values.begin()->second;
4929
4930   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
4931
4932   // Build up the table contents.
4933   SmallVector<Constant *, 64> TableContents(TableSize);
4934   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
4935     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
4936     Constant *CaseRes = Values[I].second;
4937     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
4938
4939     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue()).getLimitedValue();
4940     TableContents[Idx] = CaseRes;
4941
4942     if (CaseRes != SingleValue)
4943       SingleValue = nullptr;
4944   }
4945
4946   // Fill in any holes in the table with the default result.
4947   if (Values.size() < TableSize) {
4948     assert(DefaultValue &&
4949            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
4950     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
4951     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4952       if (!TableContents[I])
4953         TableContents[I] = DefaultValue;
4954     }
4955
4956     if (DefaultValue != SingleValue)
4957       SingleValue = nullptr;
4958   }
4959
4960   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
4961   // that single value.
4962   if (SingleValue) {
4963     Kind = SingleValueKind;
4964     return;
4965   }
4966
4967   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
4968   // table index.
4969   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
4970     bool LinearMappingPossible = true;
4971     APInt PrevVal;
4972     APInt DistToPrev;
4973     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
4974     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
4975     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4976       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
4977       if (!ConstVal) {
4978         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
4979         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
4980         LinearMappingPossible = false;
4981         break;
4982       }
4983       const APInt &Val = ConstVal->getValue();
4984       if (I != 0) {
4985         APInt Dist = Val - PrevVal;
4986         if (I == 1) {
4987           DistToPrev = Dist;
4988         } else if (Dist != DistToPrev) {
4989           LinearMappingPossible = false;
4990           break;
4991         }
4992       }
4993       PrevVal = Val;
4994     }
4995     if (LinearMappingPossible) {
4996       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
4997       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
4998       Kind = LinearMapKind;
4999       ++NumLinearMaps;
5000       return;
5001     }
5002   }
5003
5004   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
5005   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
5006     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
5007     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
5008     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
5009       TableInt <<= IT->getBitWidth();
5010       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
5011       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
5012         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
5013         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
5014       }
5015     }
5016     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
5017     BitMapElementTy = IT;
5018     Kind = BitMapKind;
5019     ++NumBitMaps;
5020     return;
5021   }
5022
5023   // Store the table in an array.
5024   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
5025   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
5026
5027   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*isConstant=*/true,
5028                              GlobalVariable::PrivateLinkage, Initializer,
5029                              "switch.table." + FuncName);
5030   Array->setUnnamedAddr(GlobalValue::UnnamedAddr::Global);
5031   // Set the alignment to that of an array items. We will be only loading one
5032   // value out of it.
5033   Array->setAlignment(DL.getPrefTypeAlignment(ValueType));
5034   Kind = ArrayKind;
5035 }
5036
5037 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
5038   switch (Kind) {
5039   case SingleValueKind:
5040     return SingleValue;
5041   case LinearMapKind: {
5042     // Derive the result value from the input value.
5043     Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
5044                                           false, "switch.idx.cast");
5045     if (!LinearMultiplier->isOne())
5046       Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
5047     if (!LinearOffset->isZero())
5048       Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
5049     return Result;
5050   }
5051   case BitMapKind: {
5052     // Type of the bitmap (e.g. i59).
5053     IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
5054
5055     // Cast Index to the same type as the bitmap.
5056     // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
5057     // truncating it to the width of the bitmask is safe.
5058     Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
5059
5060     // Multiply the shift amount by the element width.
5061     ShiftAmt = Builder.CreateMul(
5062         ShiftAmt, ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
5063         "switch.shiftamt");
5064
5065     // Shift down.
5066     Value *DownShifted =
5067         Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt, "switch.downshift");
5068     // Mask off.
5069     return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy, "switch.masked");
5070   }
5071   case ArrayKind: {
5072     // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
5073     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
5074     uint64_t TableSize =
5075         Array->getInitializer()->getType()->getArrayNumElements();
5076     if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
5077       Index = Builder.CreateZExt(
5078           Index, IntegerType::get(IT->getContext(), IT->getBitWidth() + 1),
5079           "switch.tableidx.zext");
5080
5081     Value *GEPIndices[] = {Builder.getInt32(0), Index};
5082     Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array->getValueType(), Array,
5083                                            GEPIndices, "switch.gep");
5084     return Builder.CreateLoad(
5085         cast<ArrayType>(Array->getValueType())->getElementType(), GEP,
5086         "switch.load");
5087   }
5088   }
5089   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
5090 }
5091
5092 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout &DL,
5093                                            uint64_t TableSize,
5094                                            Type *ElementType) {
5095   auto *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
5096   if (!IT)
5097     return false;
5098   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
5099   // are <= 15, we could try to narrow the type.
5100
5101   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
5102   if (TableSize >= UINT_MAX / IT->getBitWidth())
5103     return false;
5104   return DL.fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
5105 }
5106
5107 /// Determine whether a lookup table should be built for this switch, based on
5108 /// the number of cases, size of the table, and the types of the results.
5109 static bool
5110 ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI, uint64_t TableSize,
5111                        const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
5112                        const SmallDenseMap<PHINode *, Type *> &ResultTypes) {
5113   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
5114     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
5115
5116   bool AllTablesFitInRegister = true;
5117   bool HasIllegalType = false;
5118   for (const auto &I : ResultTypes) {
5119     Type *Ty = I.second;
5120
5121     // Saturate this flag to true.
5122     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
5123
5124     // Saturate this flag to false.
5125     AllTablesFitInRegister =
5126         AllTablesFitInRegister &&
5127         SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
5128
5129     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
5130     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
5131     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
5132     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
5133       break;
5134   }
5135
5136   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
5137   if (AllTablesFitInRegister)
5138     return true;
5139
5140   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
5141   if (HasIllegalType)
5142     return false;
5143
5144   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
5145   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
5146   // FIXME: Find the best cut-off.
5147   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
5148 }
5149
5150 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
5151 /// \code
5152 ///     if (idx < tablesize)
5153 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
5154 ///     else
5155 ///        r = default_value;
5156 ///     if (r != default_value)
5157 ///        ...
5158 /// \endcode
5159 /// Is optimized to:
5160 /// \code
5161 ///     cond = idx < tablesize;
5162 ///     if (cond)
5163 ///        r = table[idx];
5164 ///     else
5165 ///        r = default_value;
5166 ///     if (cond)
5167 ///        ...
5168 /// \endcode
5169 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
5170 static void reuseTableCompare(
5171     User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock, BranchInst *RangeCheckBranch,
5172     Constant *DefaultValue,
5173     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values) {
5174   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
5175   if (!CmpInst)
5176     return;
5177
5178   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
5179   // threading can do its work afterwards.
5180   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
5181     return;
5182
5183   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
5184   if (!CmpOp1)
5185     return;
5186
5187   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
5188   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
5189   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
5190
5191   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
5192   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
5193                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
5194   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
5195     return;
5196
5197   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
5198   // compare result.
5199   for (auto ValuePair : Values) {
5200     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
5201                                                 ValuePair.second, CmpOp1, true);
5202     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst || isa<UndefValue>(CaseConst))
5203       return;
5204     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
5205            "Expect true or false as compare result.");
5206   }
5207
5208   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
5209   // dominance check, but sufficient for our needs.
5210   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
5211   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
5212   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
5213   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
5214     BasicBlock *Pred = *PI;
5215     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
5216       return;
5217   }
5218
5219   if (DefaultConst == FalseConst) {
5220     // The compare yields the same result. We can replace it.
5221     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
5222     ++NumTableCmpReuses;
5223   } else {
5224     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
5225     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(
5226         RangeCmp, ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
5227         RangeCheckBranch);
5228     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
5229     ++NumTableCmpReuses;
5230   }
5231 }
5232
5233 /// If the switch is only used to initialize one or more phi nodes in a common
5234 /// successor block with different constant values, replace the switch with
5235 /// lookup tables.
5236 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
5237                                 const DataLayout &DL,
5238                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
5239   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
5240
5241   Function *Fn = SI->getParent()->getParent();
5242   // Only build lookup table when we have a target that supports it or the
5243   // attribute is not set.
5244   if (!TTI.shouldBuildLookupTables() ||
5245       (Fn->getFnAttribute("no-jump-tables").getValueAsString() == "true"))
5246     return false;
5247
5248   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
5249   // split off a dense part and build a lookup table for that.
5250
5251   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
5252   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
5253   // string and lookup indices into that.
5254
5255   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make
5256   // them faster, so we don't analyze them.
5257   if (SI->getNumCases() < 3)
5258     return false;
5259
5260   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
5261   // common destination, as well as the min and max case values.
5262   assert(!empty(SI->cases()));
5263   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
5264   ConstantInt *MinCaseVal = CI->getCaseValue();
5265   ConstantInt *MaxCaseVal = CI->getCaseValue();
5266
5267   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
5268
5269   using ResultListTy = SmallVector<std::pair<ConstantInt *, Constant *>, 4>;
5270   SmallDenseMap<PHINode *, ResultListTy> ResultLists;
5271
5272   SmallDenseMap<PHINode *, Constant *> DefaultResults;
5273   SmallDenseMap<PHINode *, Type *> ResultTypes;
5274   SmallVector<PHINode *, 4> PHIs;
5275
5276   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
5277     ConstantInt *CaseVal = CI->getCaseValue();
5278     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
5279       MinCaseVal = CaseVal;
5280     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
5281       MaxCaseVal = CaseVal;
5282
5283     // Resulting value at phi nodes for this case value.
5284     using ResultsTy = SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4>;
5285     ResultsTy Results;
5286     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI->getCaseSuccessor(), &CommonDest,
5287                         Results, DL, TTI))
5288       return false;
5289
5290     // Append the result from this case to the list for each phi.
5291     for (const auto &I : Results) {
5292       PHINode *PHI = I.first;
5293       Constant *Value = I.second;
5294       if (!ResultLists.count(PHI))
5295         PHIs.push_back(PHI);
5296       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
5297     }
5298   }
5299
5300   // Keep track of the result types.
5301   for (PHINode *PHI : PHIs) {
5302     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
5303   }
5304
5305   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
5306   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
5307   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
5308   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
5309
5310   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
5311   // or a bitmask that fits in a register.
5312   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> DefaultResultsList;
5313   bool HasDefaultResults =
5314       GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
5315                      DefaultResultsList, DL, TTI);
5316
5317   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
5318   if (NeedMask) {
5319     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
5320     if (SI->getNumCases() < 4) // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
5321       return false;
5322     if (!DL.fitsInLegalInteger(TableSize))
5323       return false;
5324   }
5325
5326   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
5327     PHINode *PHI = I.first;
5328     Constant *Result = I.second;
5329     DefaultResults[PHI] = Result;
5330   }
5331
5332   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
5333     return false;
5334
5335   // Create the BB that does the lookups.
5336   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
5337   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(
5338       Mod.getContext(), "switch.lookup", CommonDest->getParent(), CommonDest);
5339
5340   // Compute the table index value.
5341   Builder.SetInsertPoint(SI);
5342   Value *TableIndex;
5343   if (MinCaseVal->isNullValue())
5344     TableIndex = SI->getCondition();
5345   else
5346     TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
5347                                    "switch.tableidx");
5348
5349   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
5350   // switching upon.
5351   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
5352   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
5353   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
5354          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
5355          "representable value of its input integer type's size.");
5356
5357   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
5358   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
5359   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
5360   const bool DefaultIsReachable =
5361       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
5362   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
5363   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
5364
5365   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
5366     Builder.CreateBr(LookupBB);
5367     // Note: We call removeProdecessor later since we need to be able to get the
5368     // PHI value for the default case in case we're using a bit mask.
5369   } else {
5370     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(
5371         TableIndex, ConstantInt::get(MinCaseVal->getType(), TableSize));
5372     RangeCheckBranch =
5373         Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
5374   }
5375
5376   // Populate the BB that does the lookups.
5377   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
5378
5379   if (NeedMask) {
5380     // Before doing the lookup, we do the hole check. The LookupBB is therefore
5381     // re-purposed to do the hole check, and we create a new LookupBB.
5382     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
5383     MaskBB->setName("switch.hole_check");
5384     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(), "switch.lookup",
5385                                   CommonDest->getParent(), CommonDest);
5386
5387     // Make the mask's bitwidth at least 8-bit and a power-of-2 to avoid
5388     // unnecessary illegal types.
5389     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
5390     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
5391     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
5392     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
5393     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
5394     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
5395       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() - MinCaseVal->getValue())
5396                          .getLimitedValue();
5397       MaskInt |= One << Idx;
5398     }
5399     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
5400
5401     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
5402     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
5403     // else continue with table lookup.
5404     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
5405     Value *MaskIndex =
5406         Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy, "switch.maskindex");
5407     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex, "switch.shifted");
5408     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(
5409         Shifted, Type::getInt1Ty(Mod.getContext()), "switch.lobit");
5410     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
5411
5412     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
5413     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
5414   }
5415
5416   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
5417     // We cached PHINodes in PHIs. To avoid accessing deleted PHINodes later,
5418     // do not delete PHINodes here.
5419     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
5420                                             /*KeepOneInputPHIs=*/true);
5421   }
5422
5423   bool ReturnedEarly = false;
5424   for (PHINode *PHI : PHIs) {
5425     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
5426
5427     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
5428     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
5429     StringRef FuncName = Fn->getName();
5430     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL,
5431                             FuncName);
5432
5433     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
5434
5435     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
5436     // do that right here.
5437     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
5438         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
5439       Builder.CreateRet(Result);
5440       ReturnedEarly = true;
5441       break;
5442     }
5443
5444     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
5445     // possible.
5446     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
5447       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
5448       // Search for compare instructions which use the phi.
5449       for (auto *User : PHI->users()) {
5450         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
5451       }
5452     }
5453
5454     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
5455   }
5456
5457   if (!ReturnedEarly)
5458     Builder.CreateBr(CommonDest);
5459
5460   // Remove the switch.
5461   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
5462     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
5463
5464     if (Succ == SI->getDefaultDest())
5465       continue;
5466     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
5467   }
5468   SI->eraseFromParent();
5469
5470   ++NumLookupTables;
5471   if (NeedMask)
5472     ++NumLookupTablesHoles;
5473   return true;
5474 }
5475
5476 static bool isSwitchDense(ArrayRef<int64_t> Values) {
5477   // See also SelectionDAGBuilder::isDense(), which this function was based on.
5478   uint64_t Diff = (uint64_t)Values.back() - (uint64_t)Values.front();
5479   uint64_t Range = Diff + 1;
5480   uint64_t NumCases = Values.size();
5481   // 40% is the default density for building a jump table in optsize/minsize mode.
5482   uint64_t MinDensity = 40;
5483
5484   return NumCases * 100 >= Range * MinDensity;
5485 }
5486
5487 /// Try to transform a switch that has "holes" in it to a contiguous sequence
5488 /// of cases.
5489 ///
5490 /// A switch such as: switch(i) {case 5: case 9: case 13: case 17:} can be
5491 /// range-reduced to: switch ((i-5) / 4) {case 0: case 1: case 2: case 3:}.
5492 ///
5493 /// This converts a sparse switch into a dense switch which allows better
5494 /// lowering and could also allow transforming into a lookup table.
5495 static bool ReduceSwitchRange(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
5496                               const DataLayout &DL,
5497                               const TargetTransformInfo &TTI) {
5498   auto *CondTy = cast<IntegerType>(SI->getCondition()->getType());
5499   if (CondTy->getIntegerBitWidth() > 64 ||
5500       !DL.fitsInLegalInteger(CondTy->getIntegerBitWidth()))
5501     return false;
5502   // Only bother with this optimization if there are more than 3 switch cases;
5503   // SDAG will only bother creating jump tables for 4 or more cases.
5504   if (SI->getNumCases() < 4)
5505     return false;
5506
5507   // This transform is agnostic to the signedness of the input or case values. We
5508   // can treat the case values as signed or unsigned. We can optimize more common
5509   // cases such as a sequence crossing zero {-4,0,4,8} if we interpret case values
5510   // as signed.
5511   SmallVector<int64_t,4> Values;
5512   for (auto &C : SI->cases())
5513     Values.push_back(C.getCaseValue()->getValue().getSExtValue());
5514   llvm::sort(Values);
5515
5516   // If the switch is already dense, there's nothing useful to do here.
5517   if (isSwitchDense(Values))
5518     return false;
5519
5520   // First, transform the values such that they start at zero and ascend.
5521   int64_t Base = Values[0];
5522   for (auto &V : Values)
5523     V -= (uint64_t)(Base);
5524
5525   // Now we have signed numbers that have been shifted so that, given enough
5526   // precision, there are no negative values. Since the rest of the transform
5527   // is bitwise only, we switch now to an unsigned representation.
5528
5529   // This transform can be done speculatively because it is so cheap - it
5530   // results in a single rotate operation being inserted.
5531   // FIXME: It's possible that optimizing a switch on powers of two might also
5532   // be beneficial - flag values are often powers of two and we could use a CLZ
5533   // as the key function.
5534
5535   // countTrailingZeros(0) returns 64. As Values is guaranteed to have more than
5536   // one element and LLVM disallows duplicate cases, Shift is guaranteed to be
5537   // less than 64.
5538   unsigned Shift = 64;
5539   for (auto &V : Values)
5540     Shift = std::min(Shift, countTrailingZeros((uint64_t)V));
5541   assert(Shift < 64);
5542   if (Shift > 0)
5543     for (auto &V : Values)
5544       V = (int64_t)((uint64_t)V >> Shift);
5545
5546   if (!isSwitchDense(Values))
5547     // Transform didn't create a dense switch.
5548     return false;
5549
5550   // The obvious transform is to shift the switch condition right and emit a
5551   // check that the condition actually cleanly divided by GCD, i.e.
5552   //   C & (1 << Shift - 1) == 0
5553   // inserting a new CFG edge to handle the case where it didn't divide cleanly.
5554   //
5555   // A cheaper way of doing this is a simple ROTR(C, Shift). This performs the
5556   // shift and puts the shifted-off bits in the uppermost bits. If any of these
5557   // are nonzero then the switch condition will be very large and will hit the
5558   // default case.
5559
5560   auto *Ty = cast<IntegerType>(SI->getCondition()->getType());
5561   Builder.SetInsertPoint(SI);
5562   auto *ShiftC = ConstantInt::get(Ty, Shift);
5563   auto *Sub = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), ConstantInt::get(Ty, Base));
5564   auto *LShr = Builder.CreateLShr(Sub, ShiftC);
5565   auto *Shl = Builder.CreateShl(Sub, Ty->getBitWidth() - Shift);
5566   auto *Rot = Builder.CreateOr(LShr, Shl);
5567   SI->replaceUsesOfWith(SI->getCondition(), Rot);
5568
5569   for (auto Case : SI->cases()) {
5570     auto *Orig = Case.getCaseValue();
5571     auto Sub = Orig->getValue() - APInt(Ty->getBitWidth(), Base);
5572     Case.setValue(
5573         cast<ConstantInt>(ConstantInt::get(Ty, Sub.lshr(ShiftC->getValue()))));
5574   }
5575   return true;
5576 }
5577
5578 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
5579   BasicBlock *BB = SI->getParent();
5580
5581   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
5582     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
5583     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
5584     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
5585       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
5586         return requestResimplify();
5587
5588     Value *Cond = SI->getCondition();
5589     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
5590       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
5591         return requestResimplify();
5592
5593     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
5594     // away into any preds.
5595     if (SI == &*BB->instructionsWithoutDebug().begin())
5596       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
5597         return requestResimplify();
5598   }
5599
5600   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
5601   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
5602     return requestResimplify();
5603
5604   // Remove unreachable cases.
5605   if (eliminateDeadSwitchCases(SI, Options.AC, DL))
5606     return requestResimplify();
5607
5608   if (switchToSelect(SI, Builder, DL, TTI))
5609     return requestResimplify();
5610
5611   if (Options.ForwardSwitchCondToPhi && ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
5612     return requestResimplify();
5613
5614   // The conversion from switch to lookup tables results in difficult-to-analyze
5615   // code and makes pruning branches much harder. This is a problem if the
5616   // switch expression itself can still be restricted as a result of inlining or
5617   // CVP. Therefore, only apply this transformation during late stages of the
5618   // optimisation pipeline.
5619   if (Options.ConvertSwitchToLookupTable &&
5620       SwitchToLookupTable(SI, Builder, DL, TTI))
5621     return requestResimplify();
5622
5623   if (ReduceSwitchRange(SI, Builder, DL, TTI))
5624     return requestResimplify();
5625
5626   return false;
5627 }
5628
5629 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
5630   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
5631   bool Changed = false;
5632
5633   // Eliminate redundant destinations.
5634   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
5635   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
5636     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
5637     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
5638       Dest->removePredecessor(BB);
5639       IBI->removeDestination(i);
5640       --i;
5641       --e;
5642       Changed = true;
5643     }
5644   }
5645
5646   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
5647     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
5648     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
5649     EraseTerminatorAndDCECond(IBI);
5650     return true;
5651   }
5652
5653   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
5654     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
5655     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
5656     EraseTerminatorAndDCECond(IBI);
5657     return true;
5658   }
5659
5660   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
5661     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
5662       return requestResimplify();
5663   }
5664   return Changed;
5665 }
5666
5667 /// Given an block with only a single landing pad and a unconditional branch
5668 /// try to find another basic block which this one can be merged with.  This
5669 /// handles cases where we have multiple invokes with unique landing pads, but
5670 /// a shared handler.
5671 ///
5672 /// We specifically choose to not worry about merging non-empty blocks
5673 /// here.  That is a PRE/scheduling problem and is best solved elsewhere.  In
5674 /// practice, the optimizer produces empty landing pad blocks quite frequently
5675 /// when dealing with exception dense code.  (see: instcombine, gvn, if-else
5676 /// sinking in this file)
5677 ///
5678 /// This is primarily a code size optimization.  We need to avoid performing
5679 /// any transform which might inhibit optimization (such as our ability to
5680 /// specialize a particular handler via tail commoning).  We do this by not
5681 /// merging any blocks which require us to introduce a phi.  Since the same
5682 /// values are flowing through both blocks, we don't lose any ability to
5683 /// specialize.  If anything, we make such specialization more likely.
5684 ///
5685 /// TODO - This transformation could remove entries from a phi in the target
5686 /// block when the inputs in the phi are the same for the two blocks being
5687 /// merged.  In some cases, this could result in removal of the PHI entirely.
5688 static bool TryToMergeLandingPad(LandingPadInst *LPad, BranchInst *BI,
5689                                  BasicBlock *BB) {
5690   auto Succ = BB->getUniqueSuccessor();
5691   assert(Succ);
5692   // If there's a phi in the successor block, we'd likely have to introduce
5693   // a phi into the merged landing pad block.
5694   if (isa<PHINode>(*Succ->begin()))
5695     return false;
5696
5697   for (BasicBlock *OtherPred : predecessors(Succ)) {
5698     if (BB == OtherPred)
5699       continue;
5700     BasicBlock::iterator I = OtherPred->begin();
5701     LandingPadInst *LPad2 = dyn_cast<LandingPadInst>(I);
5702     if (!LPad2 || !LPad2->isIdenticalTo(LPad))
5703       continue;
5704     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
5705       ;
5706     BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(I);
5707     if (!BI2 || !BI2->isIdenticalTo(BI))
5708       continue;
5709
5710     // We've found an identical block.  Update our predecessors to take that
5711     // path instead and make ourselves dead.
5712     SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Preds;
5713     Preds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
5714     for (BasicBlock *Pred : Preds) {
5715       InvokeInst *II = cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
5716       assert(II->getNormalDest() != BB && II->getUnwindDest() == BB &&
5717              "unexpected successor");
5718       II->setUnwindDest(OtherPred);
5719     }
5720
5721     // The debug info in OtherPred doesn't cover the merged control flow that
5722     // used to go through BB.  We need to delete it or update it.
5723     for (auto I = OtherPred->begin(), E = OtherPred->end(); I != E;) {
5724       Instruction &Inst = *I;
5725       I++;
5726       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
5727         Inst.eraseFromParent();
5728     }
5729
5730     SmallPtrSet<BasicBlock *, 16> Succs;
5731     Succs.insert(succ_begin(BB), succ_end(BB));
5732     for (BasicBlock *Succ : Succs) {
5733       Succ->removePredecessor(BB);
5734     }
5735
5736     IRBuilder<> Builder(BI);
5737     Builder.CreateUnreachable();
5738     BI->eraseFromParent();
5739     return true;
5740   }
5741   return false;
5742 }
5743
5744 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI,
5745                                           IRBuilder<> &Builder) {
5746   BasicBlock *BB = BI->getParent();
5747   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
5748
5749   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
5750   // If LoopHeader is provided, check if the block or its successor is a loop
5751   // header. (This is for early invocations before loop simplify and
5752   // vectorization to keep canonical loop forms for nested loops. These blocks
5753   // can be eliminated when the pass is invoked later in the back-end.)
5754   // Note that if BB has only one predecessor then we do not introduce new
5755   // backedge, so we can eliminate BB.
5756   bool NeedCanonicalLoop =
5757       Options.NeedCanonicalLoop &&
5758       (LoopHeaders && BB->hasNPredecessorsOrMore(2) &&
5759        (LoopHeaders->count(BB) || LoopHeaders->count(Succ)));
5760   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg()->getIterator();
5761   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
5762       !NeedCanonicalLoop && TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
5763     return true;
5764
5765   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison against a
5766   // constant, try to simplify the block.
5767   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
5768     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
5769       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
5770         ;
5771       if (I->isTerminator() &&
5772           tryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder))
5773         return true;
5774     }
5775
5776   // See if we can merge an empty landing pad block with another which is
5777   // equivalent.
5778   if (LandingPadInst *LPad = dyn_cast<LandingPadInst>(I)) {
5779     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
5780       ;
5781     if (I->isTerminator() && TryToMergeLandingPad(LPad, BI, BB))
5782       return true;
5783   }
5784
5785   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
5786   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
5787   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
5788   // for PHI nodes in common successor.
5789   if (FoldBranchToCommonDest(BI, nullptr, Options.BonusInstThreshold))
5790     return requestResimplify();
5791   return false;
5792 }
5793
5794 static BasicBlock *allPredecessorsComeFromSameSource(BasicBlock *BB) {
5795   BasicBlock *PredPred = nullptr;
5796   for (auto *P : predecessors(BB)) {
5797     BasicBlock *PPred = P->getSinglePredecessor();
5798     if (!PPred || (PredPred && PredPred != PPred))
5799       return nullptr;
5800     PredPred = PPred;
5801   }
5802   return PredPred;
5803 }
5804
5805 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
5806   BasicBlock *BB = BI->getParent();
5807   const Function *Fn = BB->getParent();
5808   if (Fn && Fn->hasFnAttribute(Attribute::OptForFuzzing))
5809     return false;
5810
5811   // Conditional branch
5812   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
5813     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
5814     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
5815     // switch.
5816     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
5817       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
5818         return requestResimplify();
5819
5820     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
5821     // Ignore dbg intrinsics.
5822     auto I = BB->instructionsWithoutDebug().begin();
5823     if (&*I == BI) {
5824       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
5825         return requestResimplify();
5826     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())) {
5827       ++I;
5828       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
5829         return requestResimplify();
5830     }
5831   }
5832
5833   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
5834   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, Builder, DL))
5835     return true;
5836
5837   // If this basic block has dominating predecessor blocks and the dominating
5838   // blocks' conditions imply BI's condition, we know the direction of BI.
5839   Optional<bool> Imp = isImpliedByDomCondition(BI->getCondition(), BI, DL);
5840   if (Imp) {
5841     // Turn this into a branch on constant.
5842     auto *OldCond = BI->getCondition();
5843     ConstantInt *TorF = *Imp ? ConstantInt::getTrue(BB->getContext())
5844                              : ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
5845     BI->setCondition(TorF);
5846     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
5847     return requestResimplify();
5848   }
5849
5850   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
5851   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
5852   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
5853   if (FoldBranchToCommonDest(BI, nullptr, Options.BonusInstThreshold))
5854     return requestResimplify();
5855
5856   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
5857   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
5858   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
5859   // can hoist it up to the branching block.
5860   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
5861     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
5862       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, TTI))
5863         return requestResimplify();
5864     } else {
5865       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
5866       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
5867       Instruction *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
5868       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
5869           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
5870         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
5871           return requestResimplify();
5872     }
5873   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
5874     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
5875     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
5876     Instruction *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
5877     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
5878         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
5879       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
5880         return requestResimplify();
5881   }
5882
5883   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
5884   // through this block if any PHI node entries are constants.
5885   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
5886     if (PN->getParent() == BI->getParent())
5887       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL, Options.AC))
5888         return requestResimplify();
5889
5890   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
5891   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
5892     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
5893       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
5894         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI, DL))
5895           return requestResimplify();
5896
5897   // Look for diamond patterns.
5898   if (MergeCondStores)
5899     if (BasicBlock *PrevBB = allPredecessorsComeFromSameSource(BB))
5900       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PrevBB->getTerminator()))
5901         if (PBI != BI && PBI->isConditional())
5902           if (mergeConditionalStores(PBI, BI, DL))
5903             return requestResimplify();
5904
5905   return false;
5906 }
5907
5908 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
5909 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
5910   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
5911   if (!C)
5912     return false;
5913
5914   if (I->use_empty())
5915     return false;
5916
5917   if (C->isNullValue() || isa<UndefValue>(C)) {
5918     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
5919     User *Use = *I->user_begin();
5920
5921     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
5922     // control flow (eg. calls)
5923     for (BasicBlock::iterator
5924              i = ++BasicBlock::iterator(I),
5925              UI = BasicBlock::iterator(dyn_cast<Instruction>(Use));
5926          i != UI; ++i)
5927       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
5928         return false;
5929
5930     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
5931     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
5932       if (GEP->getPointerOperand() == I)
5933         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
5934
5935     // Look through bitcasts.
5936     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
5937       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
5938
5939     // Load from null is undefined.
5940     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
5941       if (!LI->isVolatile())
5942         return !NullPointerIsDefined(LI->getFunction(),
5943                                      LI->getPointerAddressSpace());
5944
5945     // Store to null is undefined.
5946     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
5947       if (!SI->isVolatile())
5948         return (!NullPointerIsDefined(SI->getFunction(),
5949                                       SI->getPointerAddressSpace())) &&
5950                SI->getPointerOperand() == I;
5951
5952     // A call to null is undefined.
5953     if (auto CS = CallSite(Use))
5954       return !NullPointerIsDefined(CS->getFunction()) &&
5955              CS.getCalledValue() == I;
5956   }
5957   return false;
5958 }
5959
5960 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
5961 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
5962 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
5963   for (PHINode &PHI : BB->phis())
5964     for (unsigned i = 0, e = PHI.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
5965       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI.getIncomingValue(i), &PHI)) {
5966         Instruction *T = PHI.getIncomingBlock(i)->getTerminator();
5967         IRBuilder<> Builder(T);
5968         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
5969           BB->removePredecessor(PHI.getIncomingBlock(i));
5970           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
5971           // destination from conditional branches.
5972           if (BI->isUnconditional())
5973             Builder.CreateUnreachable();
5974           else
5975             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1)
5976                                                        : BI->getSuccessor(0));
5977           BI->eraseFromParent();
5978           return true;
5979         }
5980         // TODO: SwitchInst.
5981       }
5982
5983   return false;
5984 }
5985
5986 bool SimplifyCFGOpt::simplifyOnce(BasicBlock *BB) {
5987   bool Changed = false;
5988
5989   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
5990   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
5991
5992   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
5993   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
5994   if ((pred_empty(BB) && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
5995       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
5996     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
5997     DeleteDeadBlock(BB);
5998     return true;
5999   }
6000
6001   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
6002   // away...
6003   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
6004
6005   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
6006   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
6007
6008   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
6009   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
6010
6011   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
6012   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
6013   // if there are no PHI nodes.
6014   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
6015     return true;
6016
6017   if (SinkCommon && Options.SinkCommonInsts)
6018     Changed |= SinkCommonCodeFromPredecessors(BB);
6019
6020   IRBuilder<> Builder(BB);
6021
6022   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
6023   // eliminate it, do so now.
6024   if (auto *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
6025     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
6026       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TTI, DL);
6027
6028   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
6029   if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
6030     if (BI->isUnconditional()) {
6031       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder))
6032         return true;
6033     } else {
6034       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder))
6035         return true;
6036     }
6037   } else if (auto *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
6038     if (SimplifyReturn(RI, Builder))
6039       return true;
6040   } else if (auto *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
6041     if (SimplifyResume(RI, Builder))
6042       return true;
6043   } else if (auto *RI = dyn_cast<CleanupReturnInst>(BB->getTerminator())) {
6044     if (SimplifyCleanupReturn(RI))
6045       return true;
6046   } else if (auto *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
6047     if (SimplifySwitch(SI, Builder))
6048       return true;
6049   } else if (auto *UI = dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
6050     if (SimplifyUnreachable(UI))
6051       return true;
6052   } else if (auto *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
6053     if (SimplifyIndirectBr(IBI))
6054       return true;
6055   }
6056
6057   return Changed;
6058 }
6059
6060 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
6061   bool Changed = false;
6062
6063   // Repeated simplify BB as long as resimplification is requested.
6064   do {
6065     Resimplify = false;
6066
6067     // Perform one round of simplifcation. Resimplify flag will be set if
6068     // another iteration is requested.
6069     Changed |= simplifyOnce(BB);
6070   } while (Resimplify);
6071
6072   return Changed;
6073 }
6074
6075 bool llvm::simplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
6076                        const SimplifyCFGOptions &Options,
6077                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> *LoopHeaders) {
6078   return SimplifyCFGOpt(TTI, BB->getModule()->getDataLayout(), LoopHeaders,
6079                         Options)
6080       .run(BB);
6081 }