]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/Scalar/JumpThreading.cpp
Vendor import of llvm trunk r321414:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Scalar/JumpThreading.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
17 #include "llvm/ADT/Optional.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
23 #include "llvm/Analysis/BlockFrequencyInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/BranchProbabilityInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
26 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
27 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
28 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
29 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
32 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
33 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
34 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
35 #include "llvm/IR/CFG.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/Dominators.h"
41 #include "llvm/IR/Function.h"
42 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
43 #include "llvm/IR/Instruction.h"
44 #include "llvm/IR/Instructions.h"
45 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
46 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
47 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
48 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
49 #include "llvm/IR/Metadata.h"
50 #include "llvm/IR/Module.h"
51 #include "llvm/IR/PassManager.h"
52 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/IR/Type.h"
54 #include "llvm/IR/Use.h"
55 #include "llvm/IR/User.h"
56 #include "llvm/IR/Value.h"
57 #include "llvm/Pass.h"
58 #include "llvm/Support/BlockFrequency.h"
59 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
60 #include "llvm/Support/Casting.h"
61 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
62 #include "llvm/Support/Debug.h"
63 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
64 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
65 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
66 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
67 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
68 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
69 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
70 #include <algorithm>
71 #include <cassert>
72 #include <cstddef>
73 #include <cstdint>
74 #include <iterator>
75 #include <memory>
76 #include <utility>
77
78 using namespace llvm;
79 using namespace jumpthreading;
80
81 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
82
83 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
84 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
85 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
86
87 static cl::opt<unsigned>
88 BBDuplicateThreshold("jump-threading-threshold",
89           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
90           cl::init(6), cl::Hidden);
91
92 static cl::opt<unsigned>
93 ImplicationSearchThreshold(
94   "jump-threading-implication-search-threshold",
95   cl::desc("The number of predecessors to search for a stronger "
96            "condition to use to thread over a weaker condition"),
97   cl::init(3), cl::Hidden);
98
99 static cl::opt<bool> PrintLVIAfterJumpThreading(
100     "print-lvi-after-jump-threading",
101     cl::desc("Print the LazyValueInfo cache after JumpThreading"), cl::init(false),
102     cl::Hidden);
103
104 namespace {
105
106   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
107   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
108   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
109   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
110   /// duplicating the contents of this block.
111   ///
112   /// An example of when this can occur is code like this:
113   ///
114   ///   if () { ...
115   ///     X = 4;
116   ///   }
117   ///   if (X < 3) {
118   ///
119   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
120   /// revectored to the false side of the second if.
121   class JumpThreading : public FunctionPass {
122     JumpThreadingPass Impl;
123
124   public:
125     static char ID; // Pass identification
126
127     JumpThreading(int T = -1) : FunctionPass(ID), Impl(T) {
128       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
129     }
130
131     bool runOnFunction(Function &F) override;
132
133     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
134       if (PrintLVIAfterJumpThreading)
135         AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
136       AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
137       AU.addRequired<LazyValueInfoWrapperPass>();
138       AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
139       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
140     }
141
142     void releaseMemory() override { Impl.releaseMemory(); }
143   };
144
145 } // end anonymous namespace
146
147 char JumpThreading::ID = 0;
148
149 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
150                 "Jump Threading", false, false)
151 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfoWrapperPass)
152 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
153 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
154 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
155                 "Jump Threading", false, false)
156
157 // Public interface to the Jump Threading pass
158 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass(int Threshold) {
159   return new JumpThreading(Threshold);
160 }
161
162 JumpThreadingPass::JumpThreadingPass(int T) {
163   BBDupThreshold = (T == -1) ? BBDuplicateThreshold : unsigned(T);
164 }
165
166 // Update branch probability information according to conditional
167 // branch probablity. This is usually made possible for cloned branches
168 // in inline instances by the context specific profile in the caller.
169 // For instance,
170 //
171 //  [Block PredBB]
172 //  [Branch PredBr]
173 //  if (t) {
174 //     Block A;
175 //  } else {
176 //     Block B;
177 //  }
178 //
179 //  [Block BB]
180 //  cond = PN([true, %A], [..., %B]); // PHI node
181 //  [Branch CondBr]
182 //  if (cond) {
183 //    ...  // P(cond == true) = 1%
184 //  }
185 //
186 //  Here we know that when block A is taken, cond must be true, which means
187 //      P(cond == true | A) = 1
188 //
189 //  Given that P(cond == true) = P(cond == true | A) * P(A) +
190 //                               P(cond == true | B) * P(B)
191 //  we get:
192 //     P(cond == true ) = P(A) + P(cond == true | B) * P(B)
193 //
194 //  which gives us:
195 //     P(A) is less than P(cond == true), i.e.
196 //     P(t == true) <= P(cond == true)
197 //
198 //  In other words, if we know P(cond == true) is unlikely, we know
199 //  that P(t == true) is also unlikely.
200 //
201 static void updatePredecessorProfileMetadata(PHINode *PN, BasicBlock *BB) {
202   BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
203   if (!CondBr)
204     return;
205
206   BranchProbability BP;
207   uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
208   if (!CondBr->extractProfMetadata(TrueWeight, FalseWeight))
209     return;
210
211   // Returns the outgoing edge of the dominating predecessor block
212   // that leads to the PhiNode's incoming block:
213   auto GetPredOutEdge =
214       [](BasicBlock *IncomingBB,
215          BasicBlock *PhiBB) -> std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> {
216     auto *PredBB = IncomingBB;
217     auto *SuccBB = PhiBB;
218     while (true) {
219       BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
220       if (PredBr && PredBr->isConditional())
221         return {PredBB, SuccBB};
222       auto *SinglePredBB = PredBB->getSinglePredecessor();
223       if (!SinglePredBB)
224         return {nullptr, nullptr};
225       SuccBB = PredBB;
226       PredBB = SinglePredBB;
227     }
228   };
229
230   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
231     Value *PhiOpnd = PN->getIncomingValue(i);
232     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(PhiOpnd);
233
234     if (!CI || !CI->getType()->isIntegerTy(1))
235       continue;
236
237     BP = (CI->isOne() ? BranchProbability::getBranchProbability(
238                             TrueWeight, TrueWeight + FalseWeight)
239                       : BranchProbability::getBranchProbability(
240                             FalseWeight, TrueWeight + FalseWeight));
241
242     auto PredOutEdge = GetPredOutEdge(PN->getIncomingBlock(i), BB);
243     if (!PredOutEdge.first)
244       return;
245
246     BasicBlock *PredBB = PredOutEdge.first;
247     BranchInst *PredBr = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
248
249     uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight;
250     // FIXME: We currently only set the profile data when it is missing.
251     // With PGO, this can be used to refine even existing profile data with
252     // context information. This needs to be done after more performance
253     // testing.
254     if (PredBr->extractProfMetadata(PredTrueWeight, PredFalseWeight))
255       continue;
256
257     // We can not infer anything useful when BP >= 50%, because BP is the
258     // upper bound probability value.
259     if (BP >= BranchProbability(50, 100))
260       continue;
261
262     SmallVector<uint32_t, 2> Weights;
263     if (PredBr->getSuccessor(0) == PredOutEdge.second) {
264       Weights.push_back(BP.getNumerator());
265       Weights.push_back(BP.getCompl().getNumerator());
266     } else {
267       Weights.push_back(BP.getCompl().getNumerator());
268       Weights.push_back(BP.getNumerator());
269     }
270     PredBr->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
271                         MDBuilder(PredBr->getParent()->getContext())
272                             .createBranchWeights(Weights));
273   }
274 }
275
276 /// runOnFunction - Toplevel algorithm.
277 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
278   if (skipFunction(F))
279     return false;
280   auto TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
281   auto LVI = &getAnalysis<LazyValueInfoWrapperPass>().getLVI();
282   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
283   std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
284   std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
285   bool HasProfileData = F.hasProfileData();
286   if (HasProfileData) {
287     LoopInfo LI{DominatorTree(F)};
288     BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, LI, TLI));
289     BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, LI));
290   }
291
292   bool Changed = Impl.runImpl(F, TLI, LVI, AA, HasProfileData, std::move(BFI),
293                               std::move(BPI));
294   if (PrintLVIAfterJumpThreading) {
295     dbgs() << "LVI for function '" << F.getName() << "':\n";
296     LVI->printLVI(F, getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
297                   dbgs());
298   }
299   return Changed;
300 }
301
302 PreservedAnalyses JumpThreadingPass::run(Function &F,
303                                          FunctionAnalysisManager &AM) {
304   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
305   auto &LVI = AM.getResult<LazyValueAnalysis>(F);
306   auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
307
308   std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI;
309   std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI;
310   if (F.hasProfileData()) {
311     LoopInfo LI{DominatorTree(F)};
312     BPI.reset(new BranchProbabilityInfo(F, LI, &TLI));
313     BFI.reset(new BlockFrequencyInfo(F, *BPI, LI));
314   }
315
316   bool Changed = runImpl(F, &TLI, &LVI, &AA, HasProfileData, std::move(BFI),
317                          std::move(BPI));
318
319   if (!Changed)
320     return PreservedAnalyses::all();
321   PreservedAnalyses PA;
322   PA.preserve<GlobalsAA>();
323   return PA;
324 }
325
326 bool JumpThreadingPass::runImpl(Function &F, TargetLibraryInfo *TLI_,
327                                 LazyValueInfo *LVI_, AliasAnalysis *AA_,
328                                 bool HasProfileData_,
329                                 std::unique_ptr<BlockFrequencyInfo> BFI_,
330                                 std::unique_ptr<BranchProbabilityInfo> BPI_) {
331   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
332   TLI = TLI_;
333   LVI = LVI_;
334   AA = AA_;
335   BFI.reset();
336   BPI.reset();
337   // When profile data is available, we need to update edge weights after
338   // successful jump threading, which requires both BPI and BFI being available.
339   HasProfileData = HasProfileData_;
340   auto *GuardDecl = F.getParent()->getFunction(
341       Intrinsic::getName(Intrinsic::experimental_guard));
342   HasGuards = GuardDecl && !GuardDecl->use_empty();
343   if (HasProfileData) {
344     BPI = std::move(BPI_);
345     BFI = std::move(BFI_);
346   }
347
348   // Remove unreachable blocks from function as they may result in infinite
349   // loop. We do threading if we found something profitable. Jump threading a
350   // branch can create other opportunities. If these opportunities form a cycle
351   // i.e. if any jump threading is undoing previous threading in the path, then
352   // we will loop forever. We take care of this issue by not jump threading for
353   // back edges. This works for normal cases but not for unreachable blocks as
354   // they may have cycle with no back edge.
355   bool EverChanged = false;
356   EverChanged |= removeUnreachableBlocks(F, LVI);
357
358   FindLoopHeaders(F);
359
360   bool Changed;
361   do {
362     Changed = false;
363     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
364       BasicBlock *BB = &*I;
365       // Thread all of the branches we can over this block.
366       while (ProcessBlock(BB))
367         Changed = true;
368
369       ++I;
370
371       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
372       // edges which simplifies the CFG.
373       if (pred_empty(BB) &&
374           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
375         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
376               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
377         LoopHeaders.erase(BB);
378         LVI->eraseBlock(BB);
379         DeleteDeadBlock(BB);
380         Changed = true;
381         continue;
382       }
383
384       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
385
386       // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
387       // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
388       // this dead.
389       // We should not eliminate the loop header or latch either, because
390       // eliminating a loop header or latch might later prevent LoopSimplify
391       // from transforming nested loops into simplified form. We will rely on
392       // later passes in backend to clean up empty blocks.
393       if (BI && BI->isUnconditional() &&
394           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
395           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
396           BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator() && !LoopHeaders.count(BB) &&
397           !LoopHeaders.count(BI->getSuccessor(0))) {
398         // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
399         // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
400         // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
401         // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
402         LVI->eraseBlock(BB);
403         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
404           Changed = true;
405       }
406     }
407     EverChanged |= Changed;
408   } while (Changed);
409
410   LoopHeaders.clear();
411   return EverChanged;
412 }
413
414 // Replace uses of Cond with ToVal when safe to do so. If all uses are
415 // replaced, we can remove Cond. We cannot blindly replace all uses of Cond
416 // because we may incorrectly replace uses when guards/assumes are uses of
417 // of `Cond` and we used the guards/assume to reason about the `Cond` value
418 // at the end of block. RAUW unconditionally replaces all uses
419 // including the guards/assumes themselves and the uses before the
420 // guard/assume.
421 static void ReplaceFoldableUses(Instruction *Cond, Value *ToVal) {
422   assert(Cond->getType() == ToVal->getType());
423   auto *BB = Cond->getParent();
424   // We can unconditionally replace all uses in non-local blocks (i.e. uses
425   // strictly dominated by BB), since LVI information is true from the
426   // terminator of BB.
427   replaceNonLocalUsesWith(Cond, ToVal);
428   for (Instruction &I : reverse(*BB)) {
429     // Reached the Cond whose uses we are trying to replace, so there are no
430     // more uses.
431     if (&I == Cond)
432       break;
433     // We only replace uses in instructions that are guaranteed to reach the end
434     // of BB, where we know Cond is ToVal.
435     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I))
436       break;
437     I.replaceUsesOfWith(Cond, ToVal);
438   }
439   if (Cond->use_empty() && !Cond->mayHaveSideEffects())
440     Cond->eraseFromParent();
441 }
442
443 /// Return the cost of duplicating a piece of this block from first non-phi
444 /// and before StopAt instruction to thread across it. Stop scanning the block
445 /// when exceeding the threshold. If duplication is impossible, returns ~0U.
446 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(BasicBlock *BB,
447                                              Instruction *StopAt,
448                                              unsigned Threshold) {
449   assert(StopAt->getParent() == BB && "Not an instruction from proper BB?");
450   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
451   BasicBlock::const_iterator I(BB->getFirstNonPHI());
452
453   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
454   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
455
456   unsigned Bonus = 0;
457   if (BB->getTerminator() == StopAt) {
458     // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
459     // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to
460     // happen.
461     if (isa<SwitchInst>(StopAt))
462       Bonus = 6;
463
464     // The same holds for indirect branches, but slightly more so.
465     if (isa<IndirectBrInst>(StopAt))
466       Bonus = 8;
467   }
468
469   // Bump the threshold up so the early exit from the loop doesn't skip the
470   // terminator-based Size adjustment at the end.
471   Threshold += Bonus;
472
473   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
474   // include the terminator because the copy won't include it.
475   unsigned Size = 0;
476   for (; &*I != StopAt; ++I) {
477
478     // Stop scanning the block if we've reached the threshold.
479     if (Size > Threshold)
480       return Size;
481
482     // Debugger intrinsics don't incur code size.
483     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
484
485     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
486     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
487       continue;
488
489     // Bail out if this instruction gives back a token type, it is not possible
490     // to duplicate it if it is used outside this BB.
491     if (I->getType()->isTokenTy() && I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
492       return ~0U;
493
494     // All other instructions count for at least one unit.
495     ++Size;
496
497     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
498     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
499     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
500     // them as having cost 1.
501     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
502       if (CI->cannotDuplicate() || CI->isConvergent())
503         // Blocks with NoDuplicate are modelled as having infinite cost, so they
504         // are never duplicated.
505         return ~0U;
506       else if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
507         Size += 3;
508       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
509         Size += 1;
510     }
511   }
512
513   return Size > Bonus ? Size - Bonus : 0;
514 }
515
516 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
517 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
518 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
519 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
520 /// by finding targets of backedges in the CFG.
521 ///
522 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
523 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
524 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
525 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
526 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
527 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
528 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
529 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
530 void JumpThreadingPass::FindLoopHeaders(Function &F) {
531   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
532   FindFunctionBackedges(F, Edges);
533
534   for (const auto &Edge : Edges)
535     LoopHeaders.insert(Edge.second);
536 }
537
538 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
539 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
540 /// use for that. What kind of value this is depends on whether we want an
541 /// integer or a block address, but an undef is always accepted.
542 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
543 static Constant *getKnownConstant(Value *Val, ConstantPreference Preference) {
544   if (!Val)
545     return nullptr;
546
547   // Undef is "known" enough.
548   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
549     return U;
550
551   if (Preference == WantBlockAddress)
552     return dyn_cast<BlockAddress>(Val->stripPointerCasts());
553
554   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
555 }
556
557 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
558 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt/BlockAddress or undef
559 /// in any of our predecessors.  If so, return the known list of value and pred
560 /// BB in the result vector.
561 ///
562 /// This returns true if there were any known values.
563 bool JumpThreadingPass::ComputeValueKnownInPredecessors(
564     Value *V, BasicBlock *BB, PredValueInfo &Result,
565     ConstantPreference Preference, Instruction *CxtI) {
566   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
567   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
568   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
569   // and terminate the search if we loop back to them
570   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
571     return false;
572
573   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
574   // stack pops back out again.
575   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
576
577   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
578   if (Constant *KC = getKnownConstant(V, Preference)) {
579     for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB))
580       Result.push_back(std::make_pair(KC, Pred));
581
582     return !Result.empty();
583   }
584
585   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
586   // then it can't be derived from a PHI.
587   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
588   if (!I || I->getParent() != BB) {
589
590     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
591     // of any of our predecessors.
592     //
593     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
594     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
595     /// predecessor based on its terminator.
596     //
597     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
598     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
599     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
600     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
601     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
602
603     for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
604       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
605       // predecessor, use that information to try to thread this block.
606       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB, CxtI);
607       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst, Preference))
608         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
609     }
610
611     return !Result.empty();
612   }
613
614   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
615   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
616     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
617       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
618       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal, Preference)) {
619         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
620       } else {
621         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
622                                               PN->getIncomingBlock(i),
623                                               BB, CxtI);
624         if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference))
625           Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
626       }
627     }
628
629     return !Result.empty();
630   }
631
632   // Handle Cast instructions.  Only see through Cast when the source operand is
633   // PHI or Cmp and the source type is i1 to save the compilation time.
634   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
635     Value *Source = CI->getOperand(0);
636     if (!Source->getType()->isIntegerTy(1))
637       return false;
638     if (!isa<PHINode>(Source) && !isa<CmpInst>(Source))
639       return false;
640     ComputeValueKnownInPredecessors(Source, BB, Result, Preference, CxtI);
641     if (Result.empty())
642       return false;
643
644     // Convert the known values.
645     for (auto &R : Result)
646       R.first = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), R.first, CI->getType());
647
648     return true;
649   }
650
651   // Handle some boolean conditions.
652   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
653     assert(Preference == WantInteger && "One-bit non-integer type?");
654     // X | true -> true
655     // X & false -> false
656     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
657         I->getOpcode() == Instruction::And) {
658       PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
659
660       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
661                                       WantInteger, CxtI);
662       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals,
663                                       WantInteger, CxtI);
664
665       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
666         return false;
667
668       ConstantInt *InterestingVal;
669       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
670         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
671       else
672         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
673
674       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
675
676       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
677       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
678       for (const auto &LHSVal : LHSVals)
679         if (LHSVal.first == InterestingVal || isa<UndefValue>(LHSVal.first)) {
680           Result.emplace_back(InterestingVal, LHSVal.second);
681           LHSKnownBBs.insert(LHSVal.second);
682         }
683       for (const auto &RHSVal : RHSVals)
684         if (RHSVal.first == InterestingVal || isa<UndefValue>(RHSVal.first)) {
685           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
686           // re-add it.
687           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVal.second))
688             Result.emplace_back(InterestingVal, RHSVal.second);
689         }
690
691       return !Result.empty();
692     }
693
694     // Handle the NOT form of XOR.
695     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
696         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
697         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
698       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result,
699                                       WantInteger, CxtI);
700       if (Result.empty())
701         return false;
702
703       // Invert the known values.
704       for (auto &R : Result)
705         R.first = ConstantExpr::getNot(R.first);
706
707       return true;
708     }
709
710   // Try to simplify some other binary operator values.
711   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
712     assert(Preference != WantBlockAddress
713             && "A binary operator creating a block address?");
714     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
715       PredValueInfoTy LHSVals;
716       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals,
717                                       WantInteger, CxtI);
718
719       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
720       for (const auto &LHSVal : LHSVals) {
721         Constant *V = LHSVal.first;
722         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
723
724         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
725           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVal.second));
726       }
727     }
728
729     return !Result.empty();
730   }
731
732   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
733   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
734     assert(Preference == WantInteger && "Compares only produce integers");
735     Type *CmpType = Cmp->getType();
736     Value *CmpLHS = Cmp->getOperand(0);
737     Value *CmpRHS = Cmp->getOperand(1);
738     CmpInst::Predicate Pred = Cmp->getPredicate();
739
740     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CmpLHS);
741     if (PN && PN->getParent() == BB) {
742       const DataLayout &DL = PN->getModule()->getDataLayout();
743       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
744       // See if any do.
745       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
746         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
747         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
748         Value *RHS = CmpRHS->DoPHITranslation(BB, PredBB);
749
750         Value *Res = SimplifyCmpInst(Pred, LHS, RHS, {DL});
751         if (!Res) {
752           if (!isa<Constant>(RHS))
753             continue;
754
755           LazyValueInfo::Tristate
756             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Pred, LHS,
757                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB,
758                                            CxtI ? CxtI : Cmp);
759           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
760             continue;
761           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
762         }
763
764         if (Constant *KC = getKnownConstant(Res, WantInteger))
765           Result.push_back(std::make_pair(KC, PredBB));
766       }
767
768       return !Result.empty();
769     }
770
771     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
772     // live-in value on any predecessors.
773     if (isa<Constant>(CmpRHS) && !CmpType->isVectorTy()) {
774       Constant *CmpConst = cast<Constant>(CmpRHS);
775
776       if (!isa<Instruction>(CmpLHS) ||
777           cast<Instruction>(CmpLHS)->getParent() != BB) {
778         for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
779           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
780           // predecessor, use that information to try to thread this block.
781           LazyValueInfo::Tristate Res =
782             LVI->getPredicateOnEdge(Pred, CmpLHS,
783                                     CmpConst, P, BB, CxtI ? CxtI : Cmp);
784           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
785             continue;
786
787           Constant *ResC = ConstantInt::get(CmpType, Res);
788           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
789         }
790
791         return !Result.empty();
792       }
793
794       // InstCombine can fold some forms of constant range checks into
795       // (icmp (add (x, C1)), C2). See if we have we have such a thing with
796       // x as a live-in.
797       {
798         using namespace PatternMatch;
799
800         Value *AddLHS;
801         ConstantInt *AddConst;
802         if (isa<ConstantInt>(CmpConst) &&
803             match(CmpLHS, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(AddConst)))) {
804           if (!isa<Instruction>(AddLHS) ||
805               cast<Instruction>(AddLHS)->getParent() != BB) {
806             for (BasicBlock *P : predecessors(BB)) {
807               // If the value is known by LazyValueInfo to be a ConstantRange in
808               // a predecessor, use that information to try to thread this
809               // block.
810               ConstantRange CR = LVI->getConstantRangeOnEdge(
811                   AddLHS, P, BB, CxtI ? CxtI : cast<Instruction>(CmpLHS));
812               // Propagate the range through the addition.
813               CR = CR.add(AddConst->getValue());
814
815               // Get the range where the compare returns true.
816               ConstantRange CmpRange = ConstantRange::makeExactICmpRegion(
817                   Pred, cast<ConstantInt>(CmpConst)->getValue());
818
819               Constant *ResC;
820               if (CmpRange.contains(CR))
821                 ResC = ConstantInt::getTrue(CmpType);
822               else if (CmpRange.inverse().contains(CR))
823                 ResC = ConstantInt::getFalse(CmpType);
824               else
825                 continue;
826
827               Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
828             }
829
830             return !Result.empty();
831           }
832         }
833       }
834
835       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
836       // and evaluate it statically if we can.
837       PredValueInfoTy LHSVals;
838       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
839                                       WantInteger, CxtI);
840
841       for (const auto &LHSVal : LHSVals) {
842         Constant *V = LHSVal.first;
843         Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Pred, V, CmpConst);
844         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
845           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVal.second));
846       }
847
848       return !Result.empty();
849     }
850   }
851
852   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
853     // Handle select instructions where at least one operand is a known constant
854     // and we can figure out the condition value for any predecessor block.
855     Constant *TrueVal = getKnownConstant(SI->getTrueValue(), Preference);
856     Constant *FalseVal = getKnownConstant(SI->getFalseValue(), Preference);
857     PredValueInfoTy Conds;
858     if ((TrueVal || FalseVal) &&
859         ComputeValueKnownInPredecessors(SI->getCondition(), BB, Conds,
860                                         WantInteger, CxtI)) {
861       for (auto &C : Conds) {
862         Constant *Cond = C.first;
863
864         // Figure out what value to use for the condition.
865         bool KnownCond;
866         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cond)) {
867           // A known boolean.
868           KnownCond = CI->isOne();
869         } else {
870           assert(isa<UndefValue>(Cond) && "Unexpected condition value");
871           // Either operand will do, so be sure to pick the one that's a known
872           // constant.
873           // FIXME: Do this more cleverly if both values are known constants?
874           KnownCond = (TrueVal != nullptr);
875         }
876
877         // See if the select has a known constant value for this predecessor.
878         if (Constant *Val = KnownCond ? TrueVal : FalseVal)
879           Result.push_back(std::make_pair(Val, C.second));
880       }
881
882       return !Result.empty();
883     }
884   }
885
886   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
887   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB, CxtI);
888   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference)) {
889     for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB))
890       Result.push_back(std::make_pair(KC, Pred));
891   }
892
893   return !Result.empty();
894 }
895
896 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
897 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
898 ///
899 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
900 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
901 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
902   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
903   unsigned MinSucc = 0;
904   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
905   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
906   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
907   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
908     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
909     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
910     if (NumPreds < MinNumPreds) {
911       MinSucc = i;
912       MinNumPreds = NumPreds;
913     }
914   }
915
916   return MinSucc;
917 }
918
919 static bool hasAddressTakenAndUsed(BasicBlock *BB) {
920   if (!BB->hasAddressTaken()) return false;
921
922   // If the block has its address taken, it may be a tree of dead constants
923   // hanging off of it.  These shouldn't keep the block alive.
924   BlockAddress *BA = BlockAddress::get(BB);
925   BA->removeDeadConstantUsers();
926   return !BA->use_empty();
927 }
928
929 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
930 /// through to a successor, transform them now.
931 bool JumpThreadingPass::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
932   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
933   // This simplifies other transformations.
934   if (pred_empty(BB) &&
935       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
936     return false;
937
938   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
939   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
940   // because now the condition in this block can be threaded through
941   // predecessors of our predecessor block.
942   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
943     const TerminatorInst *TI = SinglePred->getTerminator();
944     if (!TI->isExceptional() && TI->getNumSuccessors() == 1 &&
945         SinglePred != BB && !hasAddressTakenAndUsed(BB)) {
946       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
947       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
948         LoopHeaders.insert(BB);
949
950       LVI->eraseBlock(SinglePred);
951       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
952
953       // Now that BB is merged into SinglePred (i.e. SinglePred Code followed by
954       // BB code within one basic block `BB`), we need to invalidate the LVI
955       // information associated with BB, because the LVI information need not be
956       // true for all of BB after the merge. For example,
957       // Before the merge, LVI info and code is as follows:
958       // SinglePred: <LVI info1 for %p val>
959       // %y = use of %p
960       // call @exit() // need not transfer execution to successor.
961       // assume(%p) // from this point on %p is true
962       // br label %BB
963       // BB: <LVI info2 for %p val, i.e. %p is true>
964       // %x = use of %p
965       // br label exit
966       //
967       // Note that this LVI info for blocks BB and SinglPred is correct for %p
968       // (info2 and info1 respectively). After the merge and the deletion of the
969       // LVI info1 for SinglePred. We have the following code:
970       // BB: <LVI info2 for %p val>
971       // %y = use of %p
972       // call @exit()
973       // assume(%p)
974       // %x = use of %p <-- LVI info2 is correct from here onwards.
975       // br label exit
976       // LVI info2 for BB is incorrect at the beginning of BB.
977
978       // Invalidate LVI information for BB if the LVI is not provably true for
979       // all of BB.
980       if (any_of(*BB, [](Instruction &I) {
981             return !isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&I);
982           }))
983         LVI->eraseBlock(BB);
984       return true;
985     }
986   }
987
988   if (TryToUnfoldSelectInCurrBB(BB))
989     return true;
990
991   // Look if we can propagate guards to predecessors.
992   if (HasGuards && ProcessGuards(BB))
993     return true;
994
995   // What kind of constant we're looking for.
996   ConstantPreference Preference = WantInteger;
997
998   // Look to see if the terminator is a conditional branch, switch or indirect
999   // branch, if not we can't thread it.
1000   Value *Condition;
1001   Instruction *Terminator = BB->getTerminator();
1002   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Terminator)) {
1003     // Can't thread an unconditional jump.
1004     if (BI->isUnconditional()) return false;
1005     Condition = BI->getCondition();
1006   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Terminator)) {
1007     Condition = SI->getCondition();
1008   } else if (IndirectBrInst *IB = dyn_cast<IndirectBrInst>(Terminator)) {
1009     // Can't thread indirect branch with no successors.
1010     if (IB->getNumSuccessors() == 0) return false;
1011     Condition = IB->getAddress()->stripPointerCasts();
1012     Preference = WantBlockAddress;
1013   } else {
1014     return false; // Must be an invoke.
1015   }
1016
1017   // Run constant folding to see if we can reduce the condition to a simple
1018   // constant.
1019   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Condition)) {
1020     Value *SimpleVal =
1021         ConstantFoldInstruction(I, BB->getModule()->getDataLayout(), TLI);
1022     if (SimpleVal) {
1023       I->replaceAllUsesWith(SimpleVal);
1024       if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI))
1025         I->eraseFromParent();
1026       Condition = SimpleVal;
1027     }
1028   }
1029
1030   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
1031   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
1032   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
1033     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
1034
1035     // Fold the branch/switch.
1036     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
1037     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1038       if (i == BestSucc) continue;
1039       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
1040     }
1041
1042     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
1043           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
1044     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
1045     BBTerm->eraseFromParent();
1046     return true;
1047   }
1048
1049   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
1050   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
1051   // other blocks.
1052   if (getKnownConstant(Condition, Preference)) {
1053     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
1054           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
1055     ++NumFolds;
1056     ConstantFoldTerminator(BB, true);
1057     return true;
1058   }
1059
1060   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
1061
1062   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
1063   if (!CondInst) {
1064     // FIXME: Unify this with code below.
1065     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB, Preference, Terminator))
1066       return true;
1067     return false;
1068   }
1069
1070   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
1071     // If we're branching on a conditional, LVI might be able to determine
1072     // it's value at the branch instruction.  We only handle comparisons
1073     // against a constant at this time.
1074     // TODO: This should be extended to handle switches as well.
1075     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1076     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
1077     if (CondBr && CondConst) {
1078       // We should have returned as soon as we turn a conditional branch to
1079       // unconditional. Because its no longer interesting as far as jump
1080       // threading is concerned.
1081       assert(CondBr->isConditional() && "Threading on unconditional terminator");
1082
1083       LazyValueInfo::Tristate Ret =
1084         LVI->getPredicateAt(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
1085                             CondConst, CondBr);
1086       if (Ret != LazyValueInfo::Unknown) {
1087         unsigned ToRemove = Ret == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
1088         unsigned ToKeep = Ret == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
1089         CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
1090         BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
1091         CondBr->eraseFromParent();
1092         if (CondCmp->use_empty())
1093           CondCmp->eraseFromParent();
1094         // We can safely replace *some* uses of the CondInst if it has
1095         // exactly one value as returned by LVI. RAUW is incorrect in the
1096         // presence of guards and assumes, that have the `Cond` as the use. This
1097         // is because we use the guards/assume to reason about the `Cond` value
1098         // at the end of block, but RAUW unconditionally replaces all uses
1099         // including the guards/assumes themselves and the uses before the
1100         // guard/assume.
1101         else if (CondCmp->getParent() == BB) {
1102           auto *CI = Ret == LazyValueInfo::True ?
1103             ConstantInt::getTrue(CondCmp->getType()) :
1104             ConstantInt::getFalse(CondCmp->getType());
1105           ReplaceFoldableUses(CondCmp, CI);
1106         }
1107         return true;
1108       }
1109
1110       // We did not manage to simplify this branch, try to see whether
1111       // CondCmp depends on a known phi-select pattern.
1112       if (TryToUnfoldSelect(CondCmp, BB))
1113         return true;
1114     }
1115   }
1116
1117   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
1118   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
1119   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
1120   // which can then be used to thread the values.
1121   Value *SimplifyValue = CondInst;
1122   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
1123     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
1124       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
1125
1126   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
1127   // more complex comparisons.
1128   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
1129     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
1130       return true;
1131
1132   // Before threading, try to propagate profile data backwards:
1133   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
1134     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1135       updatePredecessorProfileMetadata(PN, BB);
1136
1137   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
1138   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
1139   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
1140   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB, Preference, Terminator))
1141     return true;
1142
1143   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
1144   // block, see if we can simplify.
1145   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
1146     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1147       return ProcessBranchOnPHI(PN);
1148
1149   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
1150   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
1151       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1152     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
1153
1154   // Search for a stronger dominating condition that can be used to simplify a
1155   // conditional branch leaving BB.
1156   if (ProcessImpliedCondition(BB))
1157     return true;
1158
1159   return false;
1160 }
1161
1162 bool JumpThreadingPass::ProcessImpliedCondition(BasicBlock *BB) {
1163   auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1164   if (!BI || !BI->isConditional())
1165     return false;
1166
1167   Value *Cond = BI->getCondition();
1168   BasicBlock *CurrentBB = BB;
1169   BasicBlock *CurrentPred = BB->getSinglePredecessor();
1170   unsigned Iter = 0;
1171
1172   auto &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
1173
1174   while (CurrentPred && Iter++ < ImplicationSearchThreshold) {
1175     auto *PBI = dyn_cast<BranchInst>(CurrentPred->getTerminator());
1176     if (!PBI || !PBI->isConditional())
1177       return false;
1178     if (PBI->getSuccessor(0) != CurrentBB && PBI->getSuccessor(1) != CurrentBB)
1179       return false;
1180
1181     bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == CurrentBB;
1182     Optional<bool> Implication =
1183         isImpliedCondition(PBI->getCondition(), Cond, DL, CondIsTrue);
1184     if (Implication) {
1185       BI->getSuccessor(*Implication ? 1 : 0)->removePredecessor(BB);
1186       BranchInst::Create(BI->getSuccessor(*Implication ? 0 : 1), BI);
1187       BI->eraseFromParent();
1188       return true;
1189     }
1190     CurrentBB = CurrentPred;
1191     CurrentPred = CurrentBB->getSinglePredecessor();
1192   }
1193
1194   return false;
1195 }
1196
1197 /// Return true if Op is an instruction defined in the given block.
1198 static bool isOpDefinedInBlock(Value *Op, BasicBlock *BB) {
1199   if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
1200     if (OpInst->getParent() == BB)
1201       return true;
1202   return false;
1203 }
1204
1205 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
1206 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
1207 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
1208 /// interlaced with other jump threading tasks.
1209 bool JumpThreadingPass::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
1210   // Don't hack volatile and ordered loads.
1211   if (!LI->isUnordered()) return false;
1212
1213   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
1214   // partially redundant.
1215   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1216   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
1217     return false;
1218
1219   // If the load is defined in an EH pad, it can't be partially redundant,
1220   // because the edges between the invoke and the EH pad cannot have other
1221   // instructions between them.
1222   if (LoadBB->isEHPad())
1223     return false;
1224
1225   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
1226
1227   // If the loaded operand is defined in the LoadBB and its not a phi,
1228   // it can't be available in predecessors.
1229   if (isOpDefinedInBlock(LoadedPtr, LoadBB) && !isa<PHINode>(LoadedPtr))
1230     return false;
1231
1232   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
1233   // the entry to its block.
1234   BasicBlock::iterator BBIt(LI);
1235   bool IsLoadCSE;
1236   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(
1237           LI, LoadBB, BBIt, DefMaxInstsToScan, AA, &IsLoadCSE)) {
1238     // If the value of the load is locally available within the block, just use
1239     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
1240
1241     if (IsLoadCSE) {
1242       LoadInst *NLI = cast<LoadInst>(AvailableVal);
1243       combineMetadataForCSE(NLI, LI);
1244     };
1245
1246     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
1247     // only happen in dead loops.
1248     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
1249     if (AvailableVal->getType() != LI->getType())
1250       AvailableVal =
1251           CastInst::CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI->getType(), "", LI);
1252     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1253     LI->eraseFromParent();
1254     return true;
1255   }
1256
1257   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
1258   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
1259   // might clobber its value.
1260   if (BBIt != LoadBB->begin())
1261     return false;
1262
1263   // If all of the loads and stores that feed the value have the same AA tags,
1264   // then we can propagate them onto any newly inserted loads.
1265   AAMDNodes AATags;
1266   LI->getAAMetadata(AATags);
1267
1268   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
1269
1270   using AvailablePredsTy = SmallVector<std::pair<BasicBlock *, Value *>, 8>;
1271
1272   AvailablePredsTy AvailablePreds;
1273   BasicBlock *OneUnavailablePred = nullptr;
1274   SmallVector<LoadInst*, 8> CSELoads;
1275
1276   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
1277   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
1278   for (BasicBlock *PredBB : predecessors(LoadBB)) {
1279     // If we already scanned this predecessor, skip it.
1280     if (!PredsScanned.insert(PredBB).second)
1281       continue;
1282
1283     BBIt = PredBB->end();
1284     unsigned NumScanedInst = 0;
1285     Value *PredAvailable = nullptr;
1286     // NOTE: We don't CSE load that is volatile or anything stronger than
1287     // unordered, that should have been checked when we entered the function.
1288     assert(LI->isUnordered() && "Attempting to CSE volatile or atomic loads");
1289     // If this is a load on a phi pointer, phi-translate it and search
1290     // for available load/store to the pointer in predecessors.
1291     Value *Ptr = LoadedPtr->DoPHITranslation(LoadBB, PredBB);
1292     PredAvailable = FindAvailablePtrLoadStore(
1293         Ptr, LI->getType(), LI->isAtomic(), PredBB, BBIt, DefMaxInstsToScan,
1294         AA, &IsLoadCSE, &NumScanedInst);
1295
1296     // If PredBB has a single predecessor, continue scanning through the
1297     // single precessor.
1298     BasicBlock *SinglePredBB = PredBB;
1299     while (!PredAvailable && SinglePredBB && BBIt == SinglePredBB->begin() &&
1300            NumScanedInst < DefMaxInstsToScan) {
1301       SinglePredBB = SinglePredBB->getSinglePredecessor();
1302       if (SinglePredBB) {
1303         BBIt = SinglePredBB->end();
1304         PredAvailable = FindAvailablePtrLoadStore(
1305             Ptr, LI->getType(), LI->isAtomic(), SinglePredBB, BBIt,
1306             (DefMaxInstsToScan - NumScanedInst), AA, &IsLoadCSE,
1307             &NumScanedInst);
1308       }
1309     }
1310
1311     if (!PredAvailable) {
1312       OneUnavailablePred = PredBB;
1313       continue;
1314     }
1315
1316     if (IsLoadCSE)
1317       CSELoads.push_back(cast<LoadInst>(PredAvailable));
1318
1319     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
1320     // can create a PHI node.
1321     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
1322   }
1323
1324   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
1325   // redundant.
1326   if (AvailablePreds.empty()) return false;
1327
1328   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
1329   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
1330   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
1331   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
1332   // code size.
1333   BasicBlock *UnavailablePred = nullptr;
1334
1335   // If the value is unavailable in one of predecessors, we will end up
1336   // inserting a new instruction into them. It is only valid if all the
1337   // instructions before LI are guaranteed to pass execution to its successor,
1338   // or if LI is safe to speculate.
1339   // TODO: If this logic becomes more complex, and we will perform PRE insertion
1340   // farther than to a predecessor, we need to reuse the code from GVN's PRE.
1341   // It requires domination tree analysis, so for this simple case it is an
1342   // overkill.
1343   if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size() &&
1344       !isSafeToSpeculativelyExecute(LI))
1345     for (auto I = LoadBB->begin(); &*I != LI; ++I)
1346       if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
1347         return false;
1348
1349   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
1350   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
1351   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
1352   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
1353       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
1354     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
1355   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
1356     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
1357     // edge from the one.
1358     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
1359     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
1360
1361     for (const auto &AvailablePred : AvailablePreds)
1362       AvailablePredSet.insert(AvailablePred.first);
1363
1364     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
1365     for (BasicBlock *P : predecessors(LoadBB)) {
1366       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
1367       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
1368         return false;
1369
1370       if (!AvailablePredSet.count(P))
1371         PredsToSplit.push_back(P);
1372     }
1373
1374     // Split them out to their own block.
1375     UnavailablePred = SplitBlockPreds(LoadBB, PredsToSplit, "thread-pre-split");
1376   }
1377
1378   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
1379   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
1380   // it to the AvailablePreds list.
1381   if (UnavailablePred) {
1382     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
1383            "Can't handle critical edge here!");
1384     LoadInst *NewVal = new LoadInst(
1385         LoadedPtr->DoPHITranslation(LoadBB, UnavailablePred),
1386         LI->getName() + ".pr", false, LI->getAlignment(), LI->getOrdering(),
1387         LI->getSyncScopeID(), UnavailablePred->getTerminator());
1388     NewVal->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1389     if (AATags)
1390       NewVal->setAAMetadata(AATags);
1391
1392     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
1393   }
1394
1395   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
1396   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
1397   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
1398
1399   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
1400   pred_iterator PB = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
1401   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), std::distance(PB, PE), "",
1402                                 &LoadBB->front());
1403   PN->takeName(LI);
1404   PN->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1405
1406   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
1407   // have multiple entries here.
1408   for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
1409     BasicBlock *P = *PI;
1410     AvailablePredsTy::iterator I =
1411       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
1412                        std::make_pair(P, (Value*)nullptr));
1413
1414     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
1415            "Didn't find entry for predecessor!");
1416
1417     // If we have an available predecessor but it requires casting, insert the
1418     // cast in the predecessor and use the cast. Note that we have to update the
1419     // AvailablePreds vector as we go so that all of the PHI entries for this
1420     // predecessor use the same bitcast.
1421     Value *&PredV = I->second;
1422     if (PredV->getType() != LI->getType())
1423       PredV = CastInst::CreateBitOrPointerCast(PredV, LI->getType(), "",
1424                                                P->getTerminator());
1425
1426     PN->addIncoming(PredV, I->first);
1427   }
1428
1429   for (LoadInst *PredLI : CSELoads) {
1430     combineMetadataForCSE(PredLI, LI);
1431   }
1432
1433   LI->replaceAllUsesWith(PN);
1434   LI->eraseFromParent();
1435
1436   return true;
1437 }
1438
1439 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
1440 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
1441 /// the list.
1442 static BasicBlock *
1443 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
1444                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock *,
1445                                           BasicBlock *>> &PredToDestList) {
1446   assert(!PredToDestList.empty());
1447
1448   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
1449   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
1450   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
1451   // them later if interesting.
1452   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
1453   for (const auto &PredToDest : PredToDestList)
1454     if (PredToDest.second)
1455       DestPopularity[PredToDest.second]++;
1456
1457   // Find the most popular dest.
1458   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
1459   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
1460   unsigned Popularity = DPI->second;
1461   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
1462
1463   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
1464     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
1465     // seen so far, ignore it.
1466     if (DPI->second < Popularity)
1467       ; // ignore.
1468     else if (DPI->second == Popularity) {
1469       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
1470       SamePopularity.push_back(DPI->first);
1471     } else {
1472       // If it is more popular, remember it.
1473       SamePopularity.clear();
1474       MostPopularDest = DPI->first;
1475       Popularity = DPI->second;
1476     }
1477   }
1478
1479   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than one
1480   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
1481   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1482   // successor list.
1483   if (!SamePopularity.empty()) {
1484     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1485     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1486     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1487       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1488
1489       if (!is_contained(SamePopularity, TI->getSuccessor(i)))
1490         continue;
1491
1492       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1493       break;
1494     }
1495   }
1496
1497   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1498   return MostPopularDest;
1499 }
1500
1501 bool JumpThreadingPass::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
1502                                                ConstantPreference Preference,
1503                                                Instruction *CxtI) {
1504   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1505   // thread the edge.
1506   if (LoopHeaders.count(BB))
1507     return false;
1508
1509   PredValueInfoTy PredValues;
1510   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues, Preference, CxtI))
1511     return false;
1512
1513   assert(!PredValues.empty() &&
1514          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1515
1516   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1517         for (const auto &PredValue : PredValues) {
1518           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
1519             << *PredValue.first
1520             << " for pred '" << PredValue.second->getName() << "'.\n";
1521         });
1522
1523   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1524   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1525   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1526   // as a null dest in the PredToDestList).
1527   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1528   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1529
1530   BasicBlock *OnlyDest = nullptr;
1531   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1532   Constant *OnlyVal = nullptr;
1533   Constant *MultipleVal = (Constant *)(intptr_t)~0ULL;
1534
1535   unsigned PredWithKnownDest = 0;
1536   for (const auto &PredValue : PredValues) {
1537     BasicBlock *Pred = PredValue.second;
1538     if (!SeenPreds.insert(Pred).second)
1539       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1540
1541     Constant *Val = PredValue.first;
1542
1543     BasicBlock *DestBB;
1544     if (isa<UndefValue>(Val))
1545       DestBB = nullptr;
1546     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
1547       assert(isa<ConstantInt>(Val) && "Expecting a constant integer");
1548       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1549     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1550       assert(isa<ConstantInt>(Val) && "Expecting a constant integer");
1551       DestBB = SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val))->getCaseSuccessor();
1552     } else {
1553       assert(isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())
1554               && "Unexpected terminator");
1555       assert(isa<BlockAddress>(Val) && "Expecting a constant blockaddress");
1556       DestBB = cast<BlockAddress>(Val)->getBasicBlock();
1557     }
1558
1559     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1560     if (PredToDestList.empty()) {
1561       OnlyDest = DestBB;
1562       OnlyVal = Val;
1563     } else {
1564       if (OnlyDest != DestBB)
1565         OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1566       // It possible we have same destination, but different value, e.g. default
1567       // case in switchinst.
1568       if (Val != OnlyVal)
1569         OnlyVal = MultipleVal;
1570     }
1571
1572     // We know where this predecessor is going.
1573     ++PredWithKnownDest;
1574
1575     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1576     // destination.
1577     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1578       continue;
1579
1580     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1581   }
1582
1583   // If all edges were unthreadable, we fail.
1584   if (PredToDestList.empty())
1585     return false;
1586
1587   // If all the predecessors go to a single known successor, we want to fold,
1588   // not thread. By doing so, we do not need to duplicate the current block and
1589   // also miss potential opportunities in case we dont/cant duplicate.
1590   if (OnlyDest && OnlyDest != MultipleDestSentinel) {
1591     if (PredWithKnownDest ==
1592         (size_t)std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB))) {
1593       bool SeenFirstBranchToOnlyDest = false;
1594       for (BasicBlock *SuccBB : successors(BB)) {
1595         if (SuccBB == OnlyDest && !SeenFirstBranchToOnlyDest)
1596           SeenFirstBranchToOnlyDest = true; // Don't modify the first branch.
1597         else
1598           SuccBB->removePredecessor(BB, true); // This is unreachable successor.
1599       }
1600
1601       // Finally update the terminator.
1602       TerminatorInst *Term = BB->getTerminator();
1603       BranchInst::Create(OnlyDest, Term);
1604       Term->eraseFromParent();
1605
1606       // If the condition is now dead due to the removal of the old terminator,
1607       // erase it.
1608       if (auto *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1609         if (CondInst->use_empty() && !CondInst->mayHaveSideEffects())
1610           CondInst->eraseFromParent();
1611         // We can safely replace *some* uses of the CondInst if it has
1612         // exactly one value as returned by LVI. RAUW is incorrect in the
1613         // presence of guards and assumes, that have the `Cond` as the use. This
1614         // is because we use the guards/assume to reason about the `Cond` value
1615         // at the end of block, but RAUW unconditionally replaces all uses
1616         // including the guards/assumes themselves and the uses before the
1617         // guard/assume.
1618         else if (OnlyVal && OnlyVal != MultipleVal &&
1619                  CondInst->getParent() == BB)
1620           ReplaceFoldableUses(CondInst, OnlyVal);
1621       }
1622       return true;
1623     }
1624   }
1625
1626   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1627   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1628   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1629   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1630   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1631
1632   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1633     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1634
1635   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1636   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1637   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1638   for (const auto &PredToDest : PredToDestList)
1639     if (PredToDest.second == MostPopularDest) {
1640       BasicBlock *Pred = PredToDest.first;
1641
1642       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1643       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1644       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1645       for (BasicBlock *Succ : successors(Pred))
1646         if (Succ == BB)
1647           PredsToFactor.push_back(Pred);
1648     }
1649
1650   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1651   // the destination that these predecessors should get to.
1652   if (!MostPopularDest)
1653     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1654                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1655
1656   // Ok, try to thread it!
1657   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1658 }
1659
1660 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1661 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1662 /// can do based on inputs to the phi node.
1663 bool JumpThreadingPass::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1664   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1665
1666   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1667   // values.
1668   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1669   PredBBs.resize(1);
1670
1671   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1672   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1673   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1674   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1675   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1676     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1677     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1678       if (PredBr->isUnconditional()) {
1679         PredBBs[0] = PredBB;
1680         // Try to duplicate BB into PredBB.
1681         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1682           return true;
1683       }
1684   }
1685
1686   return false;
1687 }
1688
1689 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1690 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1691 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1692 bool JumpThreadingPass::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1693   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1694
1695   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1696   // optimization.
1697   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1698       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1699     return false;
1700
1701   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1702   // anything special about any particular predecessor.
1703   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1704     return false;
1705
1706   // If this BB is a landing pad, we won't be able to split the edge into it.
1707   if (BB->isEHPad())
1708     return false;
1709
1710   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1711   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1712   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1713   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1714   //
1715   // This copies something like this:
1716   //
1717   //  BB:
1718   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1719   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1720   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1721   //    br i1 %Z, ...
1722   //
1723   // Into:
1724   //  BB':
1725   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1726   //    br i1 %Y, ...
1727
1728   PredValueInfoTy XorOpValues;
1729   bool isLHS = true;
1730   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues,
1731                                        WantInteger, BO)) {
1732     assert(XorOpValues.empty());
1733     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues,
1734                                          WantInteger, BO))
1735       return false;
1736     isLHS = false;
1737   }
1738
1739   assert(!XorOpValues.empty() &&
1740          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1741
1742   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1743   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1744   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1745   for (const auto &XorOpValue : XorOpValues) {
1746     if (isa<UndefValue>(XorOpValue.first))
1747       // Ignore undefs for the count.
1748       continue;
1749     if (cast<ConstantInt>(XorOpValue.first)->isZero())
1750       ++NumFalse;
1751     else
1752       ++NumTrue;
1753   }
1754
1755   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1756   ConstantInt *SplitVal = nullptr;
1757   if (NumTrue > NumFalse)
1758     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1759   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1760     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1761
1762   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1763   // factor this once and clone it once.
1764   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1765   for (const auto &XorOpValue : XorOpValues) {
1766     if (XorOpValue.first != SplitVal && !isa<UndefValue>(XorOpValue.first))
1767       continue;
1768
1769     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValue.second);
1770   }
1771
1772   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1773   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1774   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1775       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1776     if (!SplitVal) {
1777       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1778       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1779       BO->eraseFromParent();
1780     } else if (SplitVal->isZero()) {
1781       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1782       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1783       BO->eraseFromParent();
1784     } else {
1785       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1786       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1787     }
1788
1789     return true;
1790   }
1791
1792   // Try to duplicate BB into PredBB.
1793   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1794 }
1795
1796 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1797 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1798 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1799 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1800                                             BasicBlock *OldPred,
1801                                             BasicBlock *NewPred,
1802                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1803   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1804        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1805     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1806     // DestBlock.
1807     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1808
1809     // Remap the value if necessary.
1810     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1811       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1812       if (I != ValueMap.end())
1813         IV = I->second;
1814     }
1815
1816     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1817   }
1818 }
1819
1820 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1821 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1822 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1823 bool JumpThreadingPass::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1824                                    const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs,
1825                                    BasicBlock *SuccBB) {
1826   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1827   if (SuccBB == BB) {
1828     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1829           << "' - would thread to self!\n");
1830     return false;
1831   }
1832
1833   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1834   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1835   if (LoopHeaders.count(BB) || LoopHeaders.count(SuccBB)) {
1836     DEBUG({
1837       bool BBIsHeader = LoopHeaders.count(BB);
1838       bool SuccIsHeader = LoopHeaders.count(SuccBB);
1839       dbgs() << "  Not threading across "
1840           << (BBIsHeader ? "loop header BB '" : "block BB '") << BB->getName()
1841           << "' to dest " << (SuccIsHeader ? "loop header BB '" : "block BB '")
1842           << SuccBB->getName() << "' - it might create an irreducible loop!\n";
1843     });
1844     return false;
1845   }
1846
1847   unsigned JumpThreadCost =
1848       getJumpThreadDuplicationCost(BB, BB->getTerminator(), BBDupThreshold);
1849   if (JumpThreadCost > BBDupThreshold) {
1850     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1851           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1852     return false;
1853   }
1854
1855   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors if needed.
1856   BasicBlock *PredBB;
1857   if (PredBBs.size() == 1)
1858     PredBB = PredBBs[0];
1859   else {
1860     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1861           << " common predecessors.\n");
1862     PredBB = SplitBlockPreds(BB, PredBBs, ".thr_comm");
1863   }
1864
1865   // And finally, do it!
1866   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1867         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1868         << ", across block:\n    "
1869         << *BB << "\n");
1870
1871   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1872
1873   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1874   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1875   // account for entry from PredBB.
1876   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1877
1878   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1879                                          BB->getName()+".thread",
1880                                          BB->getParent(), BB);
1881   NewBB->moveAfter(PredBB);
1882
1883   // Set the block frequency of NewBB.
1884   if (HasProfileData) {
1885     auto NewBBFreq =
1886         BFI->getBlockFreq(PredBB) * BPI->getEdgeProbability(PredBB, BB);
1887     BFI->setBlockFreq(NewBB, NewBBFreq.getFrequency());
1888   }
1889
1890   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1891   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1892     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1893
1894   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1895   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1896   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1897     Instruction *New = BI->clone();
1898     New->setName(BI->getName());
1899     NewBB->getInstList().push_back(New);
1900     ValueMapping[&*BI] = New;
1901
1902     // Remap operands to patch up intra-block references.
1903     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1904       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1905         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1906         if (I != ValueMapping.end())
1907           New->setOperand(i, I->second);
1908       }
1909   }
1910
1911   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1912   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1913   BranchInst *NewBI = BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1914   NewBI->setDebugLoc(BB->getTerminator()->getDebugLoc());
1915
1916   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1917   // PHI nodes for NewBB now.
1918   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1919
1920   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1921   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1922   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1923   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1924   SSAUpdater SSAUpdate;
1925   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1926   for (Instruction &I : *BB) {
1927     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1928     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1929     for (Use &U : I.uses()) {
1930       Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
1931       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1932         if (UserPN->getIncomingBlock(U) == BB)
1933           continue;
1934       } else if (User->getParent() == BB)
1935         continue;
1936
1937       UsesToRename.push_back(&U);
1938     }
1939
1940     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1941     if (UsesToRename.empty())
1942       continue;
1943
1944     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << I << "\n");
1945
1946     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1947     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1948     // with the two values we know.
1949     SSAUpdate.Initialize(I.getType(), I.getName());
1950     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, &I);
1951     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[&I]);
1952
1953     while (!UsesToRename.empty())
1954       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1955     DEBUG(dbgs() << "\n");
1956   }
1957
1958   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1959   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1960   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1961   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1962   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1963     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1964       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1965       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1966     }
1967
1968   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1969   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1970   // frequently happens because of phi translation.
1971   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TLI);
1972
1973   // Update the edge weight from BB to SuccBB, which should be less than before.
1974   UpdateBlockFreqAndEdgeWeight(PredBB, BB, NewBB, SuccBB);
1975
1976   // Threaded an edge!
1977   ++NumThreads;
1978   return true;
1979 }
1980
1981 /// Create a new basic block that will be the predecessor of BB and successor of
1982 /// all blocks in Preds. When profile data is available, update the frequency of
1983 /// this new block.
1984 BasicBlock *JumpThreadingPass::SplitBlockPreds(BasicBlock *BB,
1985                                                ArrayRef<BasicBlock *> Preds,
1986                                                const char *Suffix) {
1987   // Collect the frequencies of all predecessors of BB, which will be used to
1988   // update the edge weight on BB->SuccBB.
1989   BlockFrequency PredBBFreq(0);
1990   if (HasProfileData)
1991     for (auto Pred : Preds)
1992       PredBBFreq += BFI->getBlockFreq(Pred) * BPI->getEdgeProbability(Pred, BB);
1993
1994   BasicBlock *PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, Preds, Suffix);
1995
1996   // Set the block frequency of the newly created PredBB, which is the sum of
1997   // frequencies of Preds.
1998   if (HasProfileData)
1999     BFI->setBlockFreq(PredBB, PredBBFreq.getFrequency());
2000   return PredBB;
2001 }
2002
2003 bool JumpThreadingPass::doesBlockHaveProfileData(BasicBlock *BB) {
2004   const TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2005   assert(TI->getNumSuccessors() > 1 && "not a split");
2006
2007   MDNode *WeightsNode = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2008   if (!WeightsNode)
2009     return false;
2010
2011   MDString *MDName = cast<MDString>(WeightsNode->getOperand(0));
2012   if (MDName->getString() != "branch_weights")
2013     return false;
2014
2015   // Ensure there are weights for all of the successors. Note that the first
2016   // operand to the metadata node is a name, not a weight.
2017   return WeightsNode->getNumOperands() == TI->getNumSuccessors() + 1;
2018 }
2019
2020 /// Update the block frequency of BB and branch weight and the metadata on the
2021 /// edge BB->SuccBB. This is done by scaling the weight of BB->SuccBB by 1 -
2022 /// Freq(PredBB->BB) / Freq(BB->SuccBB).
2023 void JumpThreadingPass::UpdateBlockFreqAndEdgeWeight(BasicBlock *PredBB,
2024                                                      BasicBlock *BB,
2025                                                      BasicBlock *NewBB,
2026                                                      BasicBlock *SuccBB) {
2027   if (!HasProfileData)
2028     return;
2029
2030   assert(BFI && BPI && "BFI & BPI should have been created here");
2031
2032   // As the edge from PredBB to BB is deleted, we have to update the block
2033   // frequency of BB.
2034   auto BBOrigFreq = BFI->getBlockFreq(BB);
2035   auto NewBBFreq = BFI->getBlockFreq(NewBB);
2036   auto BB2SuccBBFreq = BBOrigFreq * BPI->getEdgeProbability(BB, SuccBB);
2037   auto BBNewFreq = BBOrigFreq - NewBBFreq;
2038   BFI->setBlockFreq(BB, BBNewFreq.getFrequency());
2039
2040   // Collect updated outgoing edges' frequencies from BB and use them to update
2041   // edge probabilities.
2042   SmallVector<uint64_t, 4> BBSuccFreq;
2043   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2044     auto SuccFreq = (Succ == SuccBB)
2045                         ? BB2SuccBBFreq - NewBBFreq
2046                         : BBOrigFreq * BPI->getEdgeProbability(BB, Succ);
2047     BBSuccFreq.push_back(SuccFreq.getFrequency());
2048   }
2049
2050   uint64_t MaxBBSuccFreq =
2051       *std::max_element(BBSuccFreq.begin(), BBSuccFreq.end());
2052
2053   SmallVector<BranchProbability, 4> BBSuccProbs;
2054   if (MaxBBSuccFreq == 0)
2055     BBSuccProbs.assign(BBSuccFreq.size(),
2056                        {1, static_cast<unsigned>(BBSuccFreq.size())});
2057   else {
2058     for (uint64_t Freq : BBSuccFreq)
2059       BBSuccProbs.push_back(
2060           BranchProbability::getBranchProbability(Freq, MaxBBSuccFreq));
2061     // Normalize edge probabilities so that they sum up to one.
2062     BranchProbability::normalizeProbabilities(BBSuccProbs.begin(),
2063                                               BBSuccProbs.end());
2064   }
2065
2066   // Update edge probabilities in BPI.
2067   for (int I = 0, E = BBSuccProbs.size(); I < E; I++)
2068     BPI->setEdgeProbability(BB, I, BBSuccProbs[I]);
2069
2070   // Update the profile metadata as well.
2071   //
2072   // Don't do this if the profile of the transformed blocks was statically
2073   // estimated.  (This could occur despite the function having an entry
2074   // frequency in completely cold parts of the CFG.)
2075   //
2076   // In this case we don't want to suggest to subsequent passes that the
2077   // calculated weights are fully consistent.  Consider this graph:
2078   //
2079   //                 check_1
2080   //             50% /  |
2081   //             eq_1   | 50%
2082   //                 \  |
2083   //                 check_2
2084   //             50% /  |
2085   //             eq_2   | 50%
2086   //                 \  |
2087   //                 check_3
2088   //             50% /  |
2089   //             eq_3   | 50%
2090   //                 \  |
2091   //
2092   // Assuming the blocks check_* all compare the same value against 1, 2 and 3,
2093   // the overall probabilities are inconsistent; the total probability that the
2094   // value is either 1, 2 or 3 is 150%.
2095   //
2096   // As a consequence if we thread eq_1 -> check_2 to check_3, check_2->check_3
2097   // becomes 0%.  This is even worse if the edge whose probability becomes 0% is
2098   // the loop exit edge.  Then based solely on static estimation we would assume
2099   // the loop was extremely hot.
2100   //
2101   // FIXME this locally as well so that BPI and BFI are consistent as well.  We
2102   // shouldn't make edges extremely likely or unlikely based solely on static
2103   // estimation.
2104   if (BBSuccProbs.size() >= 2 && doesBlockHaveProfileData(BB)) {
2105     SmallVector<uint32_t, 4> Weights;
2106     for (auto Prob : BBSuccProbs)
2107       Weights.push_back(Prob.getNumerator());
2108
2109     auto TI = BB->getTerminator();
2110     TI->setMetadata(
2111         LLVMContext::MD_prof,
2112         MDBuilder(TI->getParent()->getContext()).createBranchWeights(Weights));
2113   }
2114 }
2115
2116 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
2117 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
2118 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
2119 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
2120 /// a compare.
2121 bool JumpThreadingPass::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(
2122     BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
2123   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
2124
2125   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
2126   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
2127   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
2128   if (LoopHeaders.count(BB)) {
2129     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
2130           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
2131           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
2132     return false;
2133   }
2134
2135   unsigned DuplicationCost =
2136       getJumpThreadDuplicationCost(BB, BB->getTerminator(), BBDupThreshold);
2137   if (DuplicationCost > BBDupThreshold) {
2138     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
2139           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
2140     return false;
2141   }
2142
2143   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors if needed.
2144   BasicBlock *PredBB;
2145   if (PredBBs.size() == 1)
2146     PredBB = PredBBs[0];
2147   else {
2148     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
2149           << " common predecessors.\n");
2150     PredBB = SplitBlockPreds(BB, PredBBs, ".thr_comm");
2151   }
2152
2153   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
2154   // of PredBB.
2155   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
2156         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
2157         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
2158
2159   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
2160   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
2161   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
2162
2163   if (!OldPredBranch || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
2164     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB);
2165     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
2166   }
2167
2168   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
2169   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
2170   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
2171
2172   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
2173   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
2174     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
2175   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
2176   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
2177   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
2178     Instruction *New = BI->clone();
2179
2180     // Remap operands to patch up intra-block references.
2181     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
2182       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
2183         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
2184         if (I != ValueMapping.end())
2185           New->setOperand(i, I->second);
2186       }
2187
2188     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
2189     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
2190     // phi translation.
2191     if (Value *IV = SimplifyInstruction(
2192             New,
2193             {BB->getModule()->getDataLayout(), TLI, nullptr, nullptr, New})) {
2194       ValueMapping[&*BI] = IV;
2195       if (!New->mayHaveSideEffects()) {
2196         New->deleteValue();
2197         New = nullptr;
2198       }
2199     } else {
2200       ValueMapping[&*BI] = New;
2201     }
2202     if (New) {
2203       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
2204       New->setName(BI->getName());
2205       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch->getIterator(), New);
2206     }
2207   }
2208
2209   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
2210   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
2211   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2212   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
2213                                   ValueMapping);
2214   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
2215                                   ValueMapping);
2216
2217   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
2218   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
2219   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
2220   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
2221   SSAUpdater SSAUpdate;
2222   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
2223   for (Instruction &I : *BB) {
2224     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
2225     // block, and if so, record them in UsesToRename.
2226     for (Use &U : I.uses()) {
2227       Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
2228       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
2229         if (UserPN->getIncomingBlock(U) == BB)
2230           continue;
2231       } else if (User->getParent() == BB)
2232         continue;
2233
2234       UsesToRename.push_back(&U);
2235     }
2236
2237     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
2238     if (UsesToRename.empty())
2239       continue;
2240
2241     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << I << "\n");
2242
2243     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
2244     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
2245     // with the two values we know.
2246     SSAUpdate.Initialize(I.getType(), I.getName());
2247     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, &I);
2248     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[&I]);
2249
2250     while (!UsesToRename.empty())
2251       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
2252     DEBUG(dbgs() << "\n");
2253   }
2254
2255   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
2256   // that we nuked.
2257   BB->removePredecessor(PredBB, true);
2258
2259   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
2260   OldPredBranch->eraseFromParent();
2261
2262   ++NumDupes;
2263   return true;
2264 }
2265
2266 /// TryToUnfoldSelect - Look for blocks of the form
2267 /// bb1:
2268 ///   %a = select
2269 ///   br bb2
2270 ///
2271 /// bb2:
2272 ///   %p = phi [%a, %bb1] ...
2273 ///   %c = icmp %p
2274 ///   br i1 %c
2275 ///
2276 /// And expand the select into a branch structure if one of its arms allows %c
2277 /// to be folded. This later enables threading from bb1 over bb2.
2278 bool JumpThreadingPass::TryToUnfoldSelect(CmpInst *CondCmp, BasicBlock *BB) {
2279   BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2280   PHINode *CondLHS = dyn_cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0));
2281   Constant *CondRHS = cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
2282
2283   if (!CondBr || !CondBr->isConditional() || !CondLHS ||
2284       CondLHS->getParent() != BB)
2285     return false;
2286
2287   for (unsigned I = 0, E = CondLHS->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
2288     BasicBlock *Pred = CondLHS->getIncomingBlock(I);
2289     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CondLHS->getIncomingValue(I));
2290
2291     // Look if one of the incoming values is a select in the corresponding
2292     // predecessor.
2293     if (!SI || SI->getParent() != Pred || !SI->hasOneUse())
2294       continue;
2295
2296     BranchInst *PredTerm = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator());
2297     if (!PredTerm || !PredTerm->isUnconditional())
2298       continue;
2299
2300     // Now check if one of the select values would allow us to constant fold the
2301     // terminator in BB. We don't do the transform if both sides fold, those
2302     // cases will be threaded in any case.
2303     LazyValueInfo::Tristate LHSFolds =
2304         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), SI->getOperand(1),
2305                                 CondRHS, Pred, BB, CondCmp);
2306     LazyValueInfo::Tristate RHSFolds =
2307         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), SI->getOperand(2),
2308                                 CondRHS, Pred, BB, CondCmp);
2309     if ((LHSFolds != LazyValueInfo::Unknown ||
2310          RHSFolds != LazyValueInfo::Unknown) &&
2311         LHSFolds != RHSFolds) {
2312       // Expand the select.
2313       //
2314       // Pred --
2315       //  |    v
2316       //  |  NewBB
2317       //  |    |
2318       //  |-----
2319       //  v
2320       // BB
2321       BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "select.unfold",
2322                                              BB->getParent(), BB);
2323       // Move the unconditional branch to NewBB.
2324       PredTerm->removeFromParent();
2325       NewBB->getInstList().insert(NewBB->end(), PredTerm);
2326       // Create a conditional branch and update PHI nodes.
2327       BranchInst::Create(NewBB, BB, SI->getCondition(), Pred);
2328       CondLHS->setIncomingValue(I, SI->getFalseValue());
2329       CondLHS->addIncoming(SI->getTrueValue(), NewBB);
2330       // The select is now dead.
2331       SI->eraseFromParent();
2332
2333       // Update any other PHI nodes in BB.
2334       for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
2335            PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
2336         if (Phi != CondLHS)
2337           Phi->addIncoming(Phi->getIncomingValueForBlock(Pred), NewBB);
2338       return true;
2339     }
2340   }
2341   return false;
2342 }
2343
2344 /// TryToUnfoldSelectInCurrBB - Look for PHI/Select or PHI/CMP/Select in the
2345 /// same BB in the form
2346 /// bb:
2347 ///   %p = phi [false, %bb1], [true, %bb2], [false, %bb3], [true, %bb4], ...
2348 ///   %s = select %p, trueval, falseval
2349 ///
2350 /// or
2351 ///
2352 /// bb:
2353 ///   %p = phi [0, %bb1], [1, %bb2], [0, %bb3], [1, %bb4], ...
2354 ///   %c = cmp %p, 0
2355 ///   %s = select %c, trueval, falseval
2356 ///
2357 /// And expand the select into a branch structure. This later enables
2358 /// jump-threading over bb in this pass.
2359 ///
2360 /// Using the similar approach of SimplifyCFG::FoldCondBranchOnPHI(), unfold
2361 /// select if the associated PHI has at least one constant.  If the unfolded
2362 /// select is not jump-threaded, it will be folded again in the later
2363 /// optimizations.
2364 bool JumpThreadingPass::TryToUnfoldSelectInCurrBB(BasicBlock *BB) {
2365   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
2366   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
2367   if (LoopHeaders.count(BB))
2368     return false;
2369
2370   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
2371        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI) {
2372     // Look for a Phi having at least one constant incoming value.
2373     if (llvm::all_of(PN->incoming_values(),
2374                      [](Value *V) { return !isa<ConstantInt>(V); }))
2375       continue;
2376
2377     auto isUnfoldCandidate = [BB](SelectInst *SI, Value *V) {
2378       // Check if SI is in BB and use V as condition.
2379       if (SI->getParent() != BB)
2380         return false;
2381       Value *Cond = SI->getCondition();
2382       return (Cond && Cond == V && Cond->getType()->isIntegerTy(1));
2383     };
2384
2385     SelectInst *SI = nullptr;
2386     for (Use &U : PN->uses()) {
2387       if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U.getUser())) {
2388         // Look for a ICmp in BB that compares PN with a constant and is the
2389         // condition of a Select.
2390         if (Cmp->getParent() == BB && Cmp->hasOneUse() &&
2391             isa<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1 - U.getOperandNo())))
2392           if (SelectInst *SelectI = dyn_cast<SelectInst>(Cmp->user_back()))
2393             if (isUnfoldCandidate(SelectI, Cmp->use_begin()->get())) {
2394               SI = SelectI;
2395               break;
2396             }
2397       } else if (SelectInst *SelectI = dyn_cast<SelectInst>(U.getUser())) {
2398         // Look for a Select in BB that uses PN as condtion.
2399         if (isUnfoldCandidate(SelectI, U.get())) {
2400           SI = SelectI;
2401           break;
2402         }
2403       }
2404     }
2405
2406     if (!SI)
2407       continue;
2408     // Expand the select.
2409     TerminatorInst *Term =
2410         SplitBlockAndInsertIfThen(SI->getCondition(), SI, false);
2411     PHINode *NewPN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", SI);
2412     NewPN->addIncoming(SI->getTrueValue(), Term->getParent());
2413     NewPN->addIncoming(SI->getFalseValue(), BB);
2414     SI->replaceAllUsesWith(NewPN);
2415     SI->eraseFromParent();
2416     return true;
2417   }
2418   return false;
2419 }
2420
2421 /// Try to propagate a guard from the current BB into one of its predecessors
2422 /// in case if another branch of execution implies that the condition of this
2423 /// guard is always true. Currently we only process the simplest case that
2424 /// looks like:
2425 ///
2426 /// Start:
2427 ///   %cond = ...
2428 ///   br i1 %cond, label %T1, label %F1
2429 /// T1:
2430 ///   br label %Merge
2431 /// F1:
2432 ///   br label %Merge
2433 /// Merge:
2434 ///   %condGuard = ...
2435 ///   call void(i1, ...) @llvm.experimental.guard( i1 %condGuard )[ "deopt"() ]
2436 ///
2437 /// And cond either implies condGuard or !condGuard. In this case all the
2438 /// instructions before the guard can be duplicated in both branches, and the
2439 /// guard is then threaded to one of them.
2440 bool JumpThreadingPass::ProcessGuards(BasicBlock *BB) {
2441   using namespace PatternMatch;
2442
2443   // We only want to deal with two predecessors.
2444   BasicBlock *Pred1, *Pred2;
2445   auto PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2446   if (PI == PE)
2447     return false;
2448   Pred1 = *PI++;
2449   if (PI == PE)
2450     return false;
2451   Pred2 = *PI++;
2452   if (PI != PE)
2453     return false;
2454   if (Pred1 == Pred2)
2455     return false;
2456
2457   // Try to thread one of the guards of the block.
2458   // TODO: Look up deeper than to immediate predecessor?
2459   auto *Parent = Pred1->getSinglePredecessor();
2460   if (!Parent || Parent != Pred2->getSinglePredecessor())
2461     return false;
2462
2463   if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(Parent->getTerminator()))
2464     for (auto &I : *BB)
2465       if (match(&I, m_Intrinsic<Intrinsic::experimental_guard>()))
2466         if (ThreadGuard(BB, cast<IntrinsicInst>(&I), BI))
2467           return true;
2468
2469   return false;
2470 }
2471
2472 /// Try to propagate the guard from BB which is the lower block of a diamond
2473 /// to one of its branches, in case if diamond's condition implies guard's
2474 /// condition.
2475 bool JumpThreadingPass::ThreadGuard(BasicBlock *BB, IntrinsicInst *Guard,
2476                                     BranchInst *BI) {
2477   assert(BI->getNumSuccessors() == 2 && "Wrong number of successors?");
2478   assert(BI->isConditional() && "Unconditional branch has 2 successors?");
2479   Value *GuardCond = Guard->getArgOperand(0);
2480   Value *BranchCond = BI->getCondition();
2481   BasicBlock *TrueDest = BI->getSuccessor(0);
2482   BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
2483
2484   auto &DL = BB->getModule()->getDataLayout();
2485   bool TrueDestIsSafe = false;
2486   bool FalseDestIsSafe = false;
2487
2488   // True dest is safe if BranchCond => GuardCond.
2489   auto Impl = isImpliedCondition(BranchCond, GuardCond, DL);
2490   if (Impl && *Impl)
2491     TrueDestIsSafe = true;
2492   else {
2493     // False dest is safe if !BranchCond => GuardCond.
2494     Impl = isImpliedCondition(BranchCond, GuardCond, DL, /* LHSIsTrue */ false);
2495     if (Impl && *Impl)
2496       FalseDestIsSafe = true;
2497   }
2498
2499   if (!TrueDestIsSafe && !FalseDestIsSafe)
2500     return false;
2501
2502   BasicBlock *UnguardedBlock = TrueDestIsSafe ? TrueDest : FalseDest;
2503   BasicBlock *GuardedBlock = FalseDestIsSafe ? TrueDest : FalseDest;
2504
2505   ValueToValueMapTy UnguardedMapping, GuardedMapping;
2506   Instruction *AfterGuard = Guard->getNextNode();
2507   unsigned Cost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, AfterGuard, BBDupThreshold);
2508   if (Cost > BBDupThreshold)
2509     return false;
2510   // Duplicate all instructions before the guard and the guard itself to the
2511   // branch where implication is not proved.
2512   GuardedBlock = DuplicateInstructionsInSplitBetween(
2513       BB, GuardedBlock, AfterGuard, GuardedMapping);
2514   assert(GuardedBlock && "Could not create the guarded block?");
2515   // Duplicate all instructions before the guard in the unguarded branch.
2516   // Since we have successfully duplicated the guarded block and this block
2517   // has fewer instructions, we expect it to succeed.
2518   UnguardedBlock = DuplicateInstructionsInSplitBetween(BB, UnguardedBlock,
2519                                                        Guard, UnguardedMapping);
2520   assert(UnguardedBlock && "Could not create the unguarded block?");
2521   DEBUG(dbgs() << "Moved guard " << *Guard << " to block "
2522                << GuardedBlock->getName() << "\n");
2523
2524   // Some instructions before the guard may still have uses. For them, we need
2525   // to create Phi nodes merging their copies in both guarded and unguarded
2526   // branches. Those instructions that have no uses can be just removed.
2527   SmallVector<Instruction *, 4> ToRemove;
2528   for (auto BI = BB->begin(); &*BI != AfterGuard; ++BI)
2529     if (!isa<PHINode>(&*BI))
2530       ToRemove.push_back(&*BI);
2531
2532   Instruction *InsertionPoint = &*BB->getFirstInsertionPt();
2533   assert(InsertionPoint && "Empty block?");
2534   // Substitute with Phis & remove.
2535   for (auto *Inst : reverse(ToRemove)) {
2536     if (!Inst->use_empty()) {
2537       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Inst->getType(), 2);
2538       NewPN->addIncoming(UnguardedMapping[Inst], UnguardedBlock);
2539       NewPN->addIncoming(GuardedMapping[Inst], GuardedBlock);
2540       NewPN->insertBefore(InsertionPoint);
2541       Inst->replaceAllUsesWith(NewPN);
2542     }
2543     Inst->eraseFromParent();
2544   }
2545   return true;
2546 }