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[Reassociate] Support some reassociation of vector xors
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
1 //===- Reassociate.cpp - Reassociate binary expressions -------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
11 // to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
12 //
13 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
14 //
15 // In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
16 // function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
17 // corresponding to the reverse post order traversal of current function
18 // (starting at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank
19 // than values not in loops.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #include "llvm/Transforms/Scalar/Reassociate.h"
24 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
25 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
26 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
27 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
28 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
29 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
31 #include "llvm/IR/CFG.h"
32 #include "llvm/IR/Constants.h"
33 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
34 #include "llvm/IR/Function.h"
35 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include <algorithm>
45 using namespace llvm;
46 using namespace reassociate;
47
48 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
49
50 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
51 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
52 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
53
54 #ifndef NDEBUG
55 /// Print out the expression identified in the Ops list.
56 ///
57 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
58   Module *M = I->getModule();
59   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
60        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
61   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
62     dbgs() << "[ ";
63     Ops[i].Op->printAsOperand(dbgs(), false, M);
64     dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
65   }
66 }
67 #endif
68
69 /// Utility class representing a non-constant Xor-operand. We classify
70 /// non-constant Xor-Operands into two categories:
71 ///  C1) The operand is in the form "X & C", where C is a constant and C != ~0
72 ///  C2)
73 ///    C2.1) The operand is in the form of "X | C", where C is a non-zero
74 ///          constant.
75 ///    C2.2) Any operand E which doesn't fall into C1 and C2.1, we view this
76 ///          operand as "E | 0"
77 class llvm::reassociate::XorOpnd {
78 public:
79   XorOpnd(Value *V);
80
81   bool isInvalid() const { return SymbolicPart == nullptr; }
82   bool isOrExpr() const { return isOr; }
83   Value *getValue() const { return OrigVal; }
84   Value *getSymbolicPart() const { return SymbolicPart; }
85   unsigned getSymbolicRank() const { return SymbolicRank; }
86   const APInt &getConstPart() const { return ConstPart; }
87
88   void Invalidate() { SymbolicPart = OrigVal = nullptr; }
89   void setSymbolicRank(unsigned R) { SymbolicRank = R; }
90
91 private:
92   Value *OrigVal;
93   Value *SymbolicPart;
94   APInt ConstPart;
95   unsigned SymbolicRank;
96   bool isOr;
97 };
98
99 XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
100   assert(!isa<ConstantInt>(V) && "No ConstantInt");
101   OrigVal = V;
102   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
103   SymbolicRank = 0;
104
105   if (I && (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
106             I->getOpcode() == Instruction::And)) {
107     Value *V0 = I->getOperand(0);
108     Value *V1 = I->getOperand(1);
109     if (isa<ConstantInt>(V0))
110       std::swap(V0, V1);
111
112     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V1)) {
113       ConstPart = C->getValue();
114       SymbolicPart = V0;
115       isOr = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
116       return;
117     }
118   }
119
120   // view the operand as "V | 0"
121   SymbolicPart = V;
122   ConstPart = APInt::getNullValue(V->getType()->getIntegerBitWidth());
123   isOr = true;
124 }
125
126 /// Return true if V is an instruction of the specified opcode and if it
127 /// only has one use.
128 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
129   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
130       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode &&
131       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
132        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
133     return cast<BinaryOperator>(V);
134   return nullptr;
135 }
136
137 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode1,
138                                         unsigned Opcode2) {
139   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
140       (cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode1 ||
141        cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode2) &&
142       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
143        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
144     return cast<BinaryOperator>(V);
145   return nullptr;
146 }
147
148 void ReassociatePass::BuildRankMap(Function &F,
149                                    ReversePostOrderTraversal<Function*> &RPOT) {
150   unsigned i = 2;
151
152   // Assign distinct ranks to function arguments.
153   for (Function::arg_iterator I = F.arg_begin(), E = F.arg_end(); I != E; ++I) {
154     ValueRankMap[&*I] = ++i;
155     DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << I->getName() << "] = " << i << "\n");
156   }
157
158   // Traverse basic blocks in ReversePostOrder
159   for (BasicBlock *BB : RPOT) {
160     unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
161
162     // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
163     // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
164     // all different in the block.
165     for (Instruction &I : *BB)
166       if (mayBeMemoryDependent(I))
167         ValueRankMap[&I] = ++BBRank;
168   }
169 }
170
171 unsigned ReassociatePass::getRank(Value *V) {
172   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
173   if (!I) {
174     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
175     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
176   }
177
178   if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
179     return Rank;    // Rank already known?
180
181   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
182   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
183   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
184   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
185   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
186   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
187        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
188     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
189
190   // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
191   // assures us that X and ~X will have the same rank.
192   if  (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I) &&
193        !BinaryOperator::isFNeg(I))
194     ++Rank;
195
196   DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = " << Rank << "\n");
197
198   return ValueRankMap[I] = Rank;
199 }
200
201 // Canonicalize constants to RHS.  Otherwise, sort the operands by rank.
202 void ReassociatePass::canonicalizeOperands(Instruction *I) {
203   assert(isa<BinaryOperator>(I) && "Expected binary operator.");
204   assert(I->isCommutative() && "Expected commutative operator.");
205
206   Value *LHS = I->getOperand(0);
207   Value *RHS = I->getOperand(1);
208   unsigned LHSRank = getRank(LHS);
209   unsigned RHSRank = getRank(RHS);
210
211   if (isa<Constant>(RHS))
212     return;
213
214   if (isa<Constant>(LHS) || RHSRank < LHSRank)
215     cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
216 }
217
218 static BinaryOperator *CreateAdd(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
219                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
220   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
221     return BinaryOperator::CreateAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
222   else {
223     BinaryOperator *Res =
224         BinaryOperator::CreateFAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
225     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
226     return Res;
227   }
228 }
229
230 static BinaryOperator *CreateMul(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
231                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
232   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
233     return BinaryOperator::CreateMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
234   else {
235     BinaryOperator *Res =
236       BinaryOperator::CreateFMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
237     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
238     return Res;
239   }
240 }
241
242 static BinaryOperator *CreateNeg(Value *S1, const Twine &Name,
243                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
244   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
245     return BinaryOperator::CreateNeg(S1, Name, InsertBefore);
246   else {
247     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateFNeg(S1, Name, InsertBefore);
248     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
249     return Res;
250   }
251 }
252
253 /// Replace 0-X with X*-1.
254 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
255   Type *Ty = Neg->getType();
256   Constant *NegOne = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
257     ConstantInt::getAllOnesValue(Ty) : ConstantFP::get(Ty, -1.0);
258
259   BinaryOperator *Res = CreateMul(Neg->getOperand(1), NegOne, "", Neg, Neg);
260   Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Ty)); // Drop use of op.
261   Res->takeName(Neg);
262   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
263   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
264   return Res;
265 }
266
267 /// Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda is the Carmichael
268 /// function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
269 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
270 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
271 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
272 static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
273   if (Bitwidth < 3)
274     return Bitwidth - 1;
275   return Bitwidth - 2;
276 }
277
278 /// Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
279 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
280 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
281 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
282 /// X occurring LHS + RHS times.  If op is "Xor" for example then the combined
283 /// operation is equivalent to X if LHS + RHS is odd, or 0 if LHS + RHS is even;
284 /// the routine returns 1 in LHS in the first case, and 0 in LHS in the second.
285 static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
286   // If we were working with infinite precision arithmetic then the combined
287   // weight would be LHS + RHS.  But we are using finite precision arithmetic,
288   // and the APInt sum LHS + RHS may not be correct if it wraps (it is correct
289   // for nilpotent operations and addition, but not for idempotent operations
290   // and multiplication), so it is important to correctly reduce the combined
291   // weight back into range if wrapping would be wrong.
292
293   // If RHS is zero then the weight didn't change.
294   if (RHS.isMinValue())
295     return;
296   // If LHS is zero then the combined weight is RHS.
297   if (LHS.isMinValue()) {
298     LHS = RHS;
299     return;
300   }
301   // From this point on we know that neither LHS nor RHS is zero.
302
303   if (Instruction::isIdempotent(Opcode)) {
304     // Idempotent means X op X === X, so any non-zero weight is equivalent to a
305     // weight of 1.  Keeping weights at zero or one also means that wrapping is
306     // not a problem.
307     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
308     return; // Return a weight of 1.
309   }
310   if (Instruction::isNilpotent(Opcode)) {
311     // Nilpotent means X op X === 0, so reduce weights modulo 2.
312     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
313     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
314     return;
315   }
316   if (Opcode == Instruction::Add || Opcode == Instruction::FAdd) {
317     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
318     LHS += RHS;
319     return;
320   }
321
322   assert((Opcode == Instruction::Mul || Opcode == Instruction::FMul) &&
323          "Unknown associative operation!");
324   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
325   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
326   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
327   // bit number x, since either x is odd in which case x^CM = 1, or x is even in
328   // which case both x^W and x^(W - CM) are zero.  By subtracting off multiples
329   // of CM like this weights can always be reduced to the range [0, CM+Bitwidth)
330   // which by a happy accident means that they can always be represented using
331   // Bitwidth bits.
332   // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?  (Could do much better than
333   // the Carmichael number).
334   if (Bitwidth > 3) {
335     /// CM - The value of Carmichael's lambda function.
336     APInt CM = APInt::getOneBitSet(Bitwidth, CarmichaelShift(Bitwidth));
337     // Any weight W >= Threshold can be replaced with W - CM.
338     APInt Threshold = CM + Bitwidth;
339     assert(LHS.ult(Threshold) && RHS.ult(Threshold) && "Weights not reduced!");
340     // For Bitwidth 4 or more the following sum does not overflow.
341     LHS += RHS;
342     while (LHS.uge(Threshold))
343       LHS -= CM;
344   } else {
345     // To avoid problems with overflow do everything the same as above but using
346     // a larger type.
347     unsigned CM = 1U << CarmichaelShift(Bitwidth);
348     unsigned Threshold = CM + Bitwidth;
349     assert(LHS.getZExtValue() < Threshold && RHS.getZExtValue() < Threshold &&
350            "Weights not reduced!");
351     unsigned Total = LHS.getZExtValue() + RHS.getZExtValue();
352     while (Total >= Threshold)
353       Total -= CM;
354     LHS = Total;
355   }
356 }
357
358 typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
359
360 /// Given an associative binary expression, return the leaf
361 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
362 /// original expression is the same as
363 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
364 /// op
365 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
366 /// op
367 ///   ...
368 /// op
369 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
370 ///
371 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct.
372 ///
373 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
374 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
375 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
376 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
377 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
378 ///
379 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
380 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
381 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
382 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
383 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
384 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
385 /// use is a non-leaf node of the expression.
386 ///
387 /// For example:
388 ///           expression graph        node names
389 ///
390 ///                     +        |        I
391 ///                    / \       |
392 ///                   +   +      |      A,  B
393 ///                  / \ / \     |
394 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
395 ///                / \ / \ / \   |
396 ///                   +   *      |      F,  G
397 ///
398 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
399 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
400 ///
401 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
402 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
403 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
404 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
405 ///
406 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
407 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
408 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
409 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
410 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
411 /// made a change by returning 'true'.
412 ///
413 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
414 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
415 ///
416 ///                     +        |        I
417 ///                    / \       |
418 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
419 ///                  / \   \     |
420 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
421 ///                / \ / \ / \   |
422 ///                   +   *      |      F,  G
423 ///
424 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
425 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
426 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
427 /// which requires passing through a phi node.
428 ///
429 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
430 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
431 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
432 /// type and thus make the expression bigger.
433
434 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
435                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
436   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
437   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
438   unsigned Opcode = I->getOpcode();
439   assert(I->isAssociative() && I->isCommutative() &&
440          "Expected an associative and commutative operation!");
441
442   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
443   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
444   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
445   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
446   // while A has weight two.
447
448   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
449   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
450   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
451   // ways to get to it.
452   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
453   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
454   bool Changed = false;
455
456   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
457   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
458   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
459   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
460   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
461   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
462   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
463   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
464   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
465   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
466   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
467   // are explored.
468
469   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
470   // paths to each leaf seen so far.
471   typedef DenseMap<Value*, APInt> LeafMap;
472   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
473   SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
474
475 #ifndef NDEBUG
476   SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
477 #endif
478   while (!Worklist.empty()) {
479     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
480     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
481
482     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
483       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
484       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
485       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
486       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
487
488       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
489       // add its operands to the expression.
490       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
491         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
492         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
493         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
494         continue;
495       }
496
497       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
498       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
499       if (It == Leaves.end()) {
500         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
501         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
502         if (!Op->hasOneUse()) {
503           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
504           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
505           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
506           LeafOrder.push_back(Op);
507           Leaves[Op] = Weight;
508           continue;
509         }
510         // No uses outside the expression, try morphing it.
511       } else {
512         // Already in the leaf map.
513         assert(It != Leaves.end() && Visited.count(Op) &&
514                "In leaf map but not visited!");
515
516         // Update the number of paths to the leaf.
517         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
518
519 #if 0   // TODO: Re-enable once PR13021 is fixed.
520         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
521         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
522         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
523         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
524         Changed = true;
525
526         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
527         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
528         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
529         // its operands to the expression.
530         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
531           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
532           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
533           Leaves.erase(It);
534           continue;
535         }
536 #endif
537
538         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
539         // then it is not safe to modify the value.
540         if (!Op->hasOneUse())
541           continue;
542
543         // No uses outside the expression, try morphing it.
544         Weight = It->second;
545         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
546       }
547
548       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
549       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
550       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
551       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
552       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
553               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode
554               || (isa<FPMathOperator>(Op) &&
555                   !cast<Instruction>(Op)->hasUnsafeAlgebra())) &&
556              "Should have been handled above!");
557       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
558
559       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
560       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
561       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op))
562         if ((Opcode == Instruction::Mul && BinaryOperator::isNeg(BO)) ||
563             (Opcode == Instruction::FMul && BinaryOperator::isFNeg(BO))) {
564           DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
565           BO = LowerNegateToMultiply(BO);
566           DEBUG(dbgs() << *BO << '\n');
567           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
568           Changed = true;
569           continue;
570         }
571
572       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
573       // a leaf.
574       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
575       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
576       LeafOrder.push_back(Op);
577       Leaves[Op] = Weight;
578     }
579   }
580
581   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
582   // form of the expression.
583   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
584     Value *V = LeafOrder[i];
585     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
586     if (It == Leaves.end())
587       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
588       continue;
589     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
590     APInt Weight = It->second;
591     if (Weight.isMinValue())
592       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
593       continue;
594     // Ensure the leaf is only output once.
595     It->second = 0;
596     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
597   }
598
599   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
600   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
601   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
602   if (Ops.empty()) {
603     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
604     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
605     Ops.emplace_back(Identity, APInt(Bitwidth, 1));
606   }
607
608   return Changed;
609 }
610
611 /// Now that the operands for this expression tree are
612 /// linearized and optimized, emit them in-order.
613 void ReassociatePass::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
614                                       SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
615   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
616
617   // Since our optimizations should never increase the number of operations, the
618   // new expression can usually be written reusing the existing binary operators
619   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
620   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
621   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
622   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
623   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
624   // nsw flags.
625
626   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
627   /// the new expression into.
628   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
629   unsigned Opcode = I->getOpcode();
630   BinaryOperator *Op = I;
631
632   /// NotRewritable - The operands being written will be the leaves of the new
633   /// expression and must not be used as inner nodes (via NodesToRewrite) by
634   /// mistake.  Inner nodes are always reassociable, and usually leaves are not
635   /// (if they were they would have been incorporated into the expression and so
636   /// would not be leaves), so most of the time there is no danger of this.  But
637   /// in rare cases a leaf may become reassociable if an optimization kills uses
638   /// of it, or it may momentarily become reassociable during rewriting (below)
639   /// due it being removed as an operand of one of its uses.  Ensure that misuse
640   /// of leaf nodes as inner nodes cannot occur by remembering all of the future
641   /// leaves and refusing to reuse any of them as inner nodes.
642   SmallPtrSet<Value*, 8> NotRewritable;
643   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
644     NotRewritable.insert(Ops[i].Op);
645
646   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
647   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
648   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
649   BinaryOperator *ExpressionChanged = nullptr;
650   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
651     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
652     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
653     // a subexpression.
654     if (i+2 == Ops.size()) {
655       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
656       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
657       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
658       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
659
660       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
661         // Nothing changed, leave it alone.
662         break;
663
664       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
665         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
666         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
667         Op->swapOperands();
668         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
669         MadeChange = true;
670         ++NumChanged;
671         break;
672       }
673
674       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
675       // the old operands with the new ones.
676       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
677       if (NewLHS != OldLHS) {
678         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode);
679         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
680           NodesToRewrite.push_back(BO);
681         Op->setOperand(0, NewLHS);
682       }
683       if (NewRHS != OldRHS) {
684         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode);
685         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
686           NodesToRewrite.push_back(BO);
687         Op->setOperand(1, NewRHS);
688       }
689       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
690
691       ExpressionChanged = Op;
692       MadeChange = true;
693       ++NumChanged;
694
695       break;
696     }
697
698     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
699     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
700     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
701     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
702       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
703       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
704         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
705         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
706         Op->swapOperands();
707       } else {
708         // Overwrite with the new right-hand side.
709         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode);
710         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
711           NodesToRewrite.push_back(BO);
712         Op->setOperand(1, NewRHS);
713         ExpressionChanged = Op;
714       }
715       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
716       MadeChange = true;
717       ++NumChanged;
718     }
719
720     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
721     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
722     // into it.
723     BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode);
724     if (BO && !NotRewritable.count(BO)) {
725       Op = BO;
726       continue;
727     }
728
729     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
730     // the left-hand side.  If there are no nodes left then the optimizers made
731     // an expression with more nodes than the original!  This usually means that
732     // they did something stupid but it might mean that the problem was just too
733     // hard (finding the mimimal number of multiplications needed to realize a
734     // multiplication expression is NP-complete).  Whatever the reason, smart or
735     // stupid, create a new node if there are none left.
736     BinaryOperator *NewOp;
737     if (NodesToRewrite.empty()) {
738       Constant *Undef = UndefValue::get(I->getType());
739       NewOp = BinaryOperator::Create(Instruction::BinaryOps(Opcode),
740                                      Undef, Undef, "", I);
741       if (NewOp->getType()->isFPOrFPVectorTy())
742         NewOp->setFastMathFlags(I->getFastMathFlags());
743     } else {
744       NewOp = NodesToRewrite.pop_back_val();
745     }
746
747     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
748     Op->setOperand(0, NewOp);
749     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
750     ExpressionChanged = Op;
751     MadeChange = true;
752     ++NumChanged;
753     Op = NewOp;
754   }
755
756   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
757   // starting from the operator specified in ExpressionChanged, and compactify
758   // the operators to just before the expression root to guarantee that the
759   // expression tree is dominated by all of Ops.
760   if (ExpressionChanged)
761     do {
762       // Preserve FastMathFlags.
763       if (isa<FPMathOperator>(I)) {
764         FastMathFlags Flags = I->getFastMathFlags();
765         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
766         ExpressionChanged->setFastMathFlags(Flags);
767       } else
768         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
769
770       if (ExpressionChanged == I)
771         break;
772       ExpressionChanged->moveBefore(I);
773       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->user_begin());
774     } while (1);
775
776   // Throw away any left over nodes from the original expression.
777   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
778     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
779 }
780
781 /// Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
782 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
783 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
784 /// that should be processed next by the reassociation pass.
785 /// Also add intermediate instructions to the redo list that are modified while
786 /// pushing the negates through adds.  These will be revisited to see if
787 /// additional opportunities have been exposed.
788 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI,
789                           SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
790   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
791     if (C->getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
792       return ConstantExpr::getFNeg(C);
793     }
794     return ConstantExpr::getNeg(C);
795   }
796
797
798   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
799   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
800   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
801   // this means that we turn this:
802   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
803   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
804   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
805   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
806   //
807   if (BinaryOperator *I =
808           isReassociableOp(V, Instruction::Add, Instruction::FAdd)) {
809     // Push the negates through the add.
810     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI, ToRedo));
811     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI, ToRedo));
812     if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
813       I->setHasNoUnsignedWrap(false);
814       I->setHasNoSignedWrap(false);
815     }
816
817     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
818     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
819     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
820     // instruction we are about to insert after them.
821     //
822     I->moveBefore(BI);
823     I->setName(I->getName()+".neg");
824
825     // Add the intermediate negates to the redo list as processing them later
826     // could expose more reassociating opportunities.
827     ToRedo.insert(I);
828     return I;
829   }
830
831   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
832   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
833   for (User *U : V->users()) {
834     if (!BinaryOperator::isNeg(U) && !BinaryOperator::isFNeg(U))
835       continue;
836
837     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
838     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
839     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
840     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
841     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
842
843     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
844     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
845       continue;
846
847     BasicBlock::iterator InsertPt;
848     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
849       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
850         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
851       } else {
852         InsertPt = ++InstInput->getIterator();
853       }
854       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
855     } else {
856       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
857     }
858     TheNeg->moveBefore(&*InsertPt);
859     if (TheNeg->getOpcode() == Instruction::Sub) {
860       TheNeg->setHasNoUnsignedWrap(false);
861       TheNeg->setHasNoSignedWrap(false);
862     } else {
863       TheNeg->andIRFlags(BI);
864     }
865     ToRedo.insert(TheNeg);
866     return TheNeg;
867   }
868
869   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
870   // negation.
871   BinaryOperator *NewNeg = CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI, BI);
872   ToRedo.insert(NewNeg);
873   return NewNeg;
874 }
875
876 /// Return true if we should break up this subtract of X-Y into (X + -Y).
877 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
878   // If this is a negation, we can't split it up!
879   if (BinaryOperator::isNeg(Sub) || BinaryOperator::isFNeg(Sub))
880     return false;
881
882   // Don't breakup X - undef.
883   if (isa<UndefValue>(Sub->getOperand(1)))
884     return false;
885
886   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
887   // subtract or if this is only used by one.
888   Value *V0 = Sub->getOperand(0);
889   if (isReassociableOp(V0, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
890       isReassociableOp(V0, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
891     return true;
892   Value *V1 = Sub->getOperand(1);
893   if (isReassociableOp(V1, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
894       isReassociableOp(V1, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
895     return true;
896   Value *VB = Sub->user_back();
897   if (Sub->hasOneUse() &&
898       (isReassociableOp(VB, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
899        isReassociableOp(VB, Instruction::Sub, Instruction::FSub)))
900     return true;
901
902   return false;
903 }
904
905 /// If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is only used by an
906 /// add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better reassociation.
907 static BinaryOperator *
908 BreakUpSubtract(Instruction *Sub, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
909   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
910   // instructions to be commuted with other add instructions.
911   //
912   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
913   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
914   //
915   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub, ToRedo);
916   BinaryOperator *New = CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub, Sub);
917   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
918   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
919   New->takeName(Sub);
920
921   // Everyone now refers to the add instruction.
922   Sub->replaceAllUsesWith(New);
923   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
924
925   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
926   return New;
927 }
928
929 /// If this is a shift of a reassociable multiply or is used by one, change
930 /// this into a multiply by a constant to assist with further reassociation.
931 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
932   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
933   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
934
935   BinaryOperator *Mul =
936     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
937   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
938   Mul->takeName(Shl);
939
940   // Everyone now refers to the mul instruction.
941   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
942   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
943
944   // We can safely preserve the nuw flag in all cases.  It's also safe to turn a
945   // nuw nsw shl into a nuw nsw mul.  However, nsw in isolation requires special
946   // handling.
947   bool NSW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoSignedWrap();
948   bool NUW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoUnsignedWrap();
949   if (NSW && NUW)
950     Mul->setHasNoSignedWrap(true);
951   Mul->setHasNoUnsignedWrap(NUW);
952   return Mul;
953 }
954
955 /// Scan backwards and forwards among values with the same rank as element i
956 /// to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This is useful when
957 /// scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the same rank.
958 static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
959                                   Value *X) {
960   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
961   unsigned e = Ops.size();
962   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j) {
963     if (Ops[j].Op == X)
964       return j;
965     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
966       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
967         if (I1->isIdenticalTo(I2))
968           return j;
969   }
970   // Scan backwards.
971   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j) {
972     if (Ops[j].Op == X)
973       return j;
974     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
975       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
976         if (I1->isIdenticalTo(I2))
977           return j;
978   }
979   return i;
980 }
981
982 /// Emit a tree of add instructions, summing Ops together
983 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
984 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
985                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Ops) {
986   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
987
988   Value *V1 = Ops.back();
989   Ops.pop_back();
990   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
991   return CreateAdd(V2, V1, "tmp", I, I);
992 }
993
994 /// If V is an expression tree that is a multiplication sequence,
995 /// and if this sequence contains a multiply by Factor,
996 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
997 Value *ReassociatePass::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
998   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
999   if (!BO)
1000     return nullptr;
1001
1002   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1003   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
1004   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
1005   Factors.reserve(Tree.size());
1006   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1007     RepeatedValue E = Tree[i];
1008     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
1009                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1010   }
1011
1012   bool FoundFactor = false;
1013   bool NeedsNegate = false;
1014   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1015     if (Factors[i].Op == Factor) {
1016       FoundFactor = true;
1017       Factors.erase(Factors.begin()+i);
1018       break;
1019     }
1020
1021     // If this is a negative version of this factor, remove it.
1022     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1023       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
1024         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
1025           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1026           Factors.erase(Factors.begin()+i);
1027           break;
1028         }
1029     } else if (ConstantFP *FC1 = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1030       if (ConstantFP *FC2 = dyn_cast<ConstantFP>(Factors[i].Op)) {
1031         const APFloat &F1 = FC1->getValueAPF();
1032         APFloat F2(FC2->getValueAPF());
1033         F2.changeSign();
1034         if (F1.compare(F2) == APFloat::cmpEqual) {
1035           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1036           Factors.erase(Factors.begin() + i);
1037           break;
1038         }
1039       }
1040     }
1041   }
1042
1043   if (!FoundFactor) {
1044     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
1045     RewriteExprTree(BO, Factors);
1046     return nullptr;
1047   }
1048
1049   BasicBlock::iterator InsertPt = ++BO->getIterator();
1050
1051   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
1052   // remaining operand.
1053   if (Factors.size() == 1) {
1054     RedoInsts.insert(BO);
1055     V = Factors[0].Op;
1056   } else {
1057     RewriteExprTree(BO, Factors);
1058     V = BO;
1059   }
1060
1061   if (NeedsNegate)
1062     V = CreateNeg(V, "neg", &*InsertPt, BO);
1063
1064   return V;
1065 }
1066
1067 /// If V is a single-use multiply, recursively add its operands as factors,
1068 /// otherwise add V to the list of factors.
1069 ///
1070 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
1071 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
1072                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors) {
1073   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1074   if (!BO) {
1075     Factors.push_back(V);
1076     return;
1077   }
1078
1079   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
1080   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors);
1081   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors);
1082 }
1083
1084 /// Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor' instruction.
1085 /// This optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value,
1086 /// it is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1087 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
1088                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1089   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1090   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1091   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1092     // First, check for X and ~X in the operand list.
1093     assert(i < Ops.size());
1094     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1095       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1096       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1097       if (FoundX != i) {
1098         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1099           return Constant::getNullValue(X->getType());
1100
1101         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1102           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1103       }
1104     }
1105
1106     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1107     // each other, due to our sorting criteria.
1108     assert(i < Ops.size());
1109     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1110       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1111         // Drop duplicate values for And and Or.
1112         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1113         --i; --e;
1114         ++NumAnnihil;
1115         continue;
1116       }
1117
1118       // Drop pairs of values for Xor.
1119       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1120       if (e == 2)
1121         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1122
1123       // Y ^ X^X -> Y
1124       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1125       i -= 1; e -= 2;
1126       ++NumAnnihil;
1127     }
1128   }
1129   return nullptr;
1130 }
1131
1132 /// Helper function of CombineXorOpnd(). It creates a bitwise-and
1133 /// instruction with the given two operands, and return the resulting
1134 /// instruction. There are two special cases: 1) if the constant operand is 0,
1135 /// it will return NULL. 2) if the constant is ~0, the symbolic operand will
1136 /// be returned.
1137 static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd, 
1138                              const APInt &ConstOpnd) {
1139   if (!ConstOpnd.isNullValue()) {
1140     if (!ConstOpnd.isAllOnesValue()) {
1141       LLVMContext &Ctx = Opnd->getType()->getContext();
1142       Instruction *I;
1143       I = BinaryOperator::CreateAnd(Opnd, ConstantInt::get(Ctx, ConstOpnd),
1144                                     "and.ra", InsertBefore);
1145       I->setDebugLoc(InsertBefore->getDebugLoc());
1146       return I;
1147     }
1148     return Opnd;
1149   }
1150   return nullptr;
1151 }
1152
1153 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify "Opnd1 ^ ConstOpnd"
1154 // into "R ^ C", where C would be 0, and R is a symbolic value.
1155 //
1156 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned
1157 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively; otherwise, false is returned,
1158 // and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1159 //
1160 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1161                                      APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
1162   // Xor-Rule 1: (x | c1) ^ c2 = (x | c1) ^ (c1 ^ c1) ^ c2 
1163   //                       = ((x | c1) ^ c1) ^ (c1 ^ c2)
1164   //                       = (x & ~c1) ^ (c1 ^ c2)
1165   // It is useful only when c1 == c2.
1166   if (Opnd1->isOrExpr() && !Opnd1->getConstPart().isNullValue()) {
1167     if (!Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1168       return false;
1169
1170     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1171     if (C1 != ConstOpnd)
1172       return false;
1173
1174     Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1175     Res = createAndInstr(I, X, ~C1);
1176     // ConstOpnd was C2, now C1 ^ C2.
1177     ConstOpnd ^= C1;
1178
1179     if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1180       RedoInsts.insert(T);
1181     return true;
1182   }
1183   return false;
1184 }
1185
1186                            
1187 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify
1188 // "Opnd1 ^ Opnd2 ^ ConstOpnd" into "R ^ C", where C would be 0, and R is a
1189 // symbolic value. 
1190 // 
1191 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned 
1192 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively (If the entire expression is
1193 // evaluated to a constant, the Res is set to NULL); otherwise, false is
1194 // returned, and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1195 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1196                                      XorOpnd *Opnd2, APInt &ConstOpnd,
1197                                      Value *&Res) {
1198   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1199   if (X != Opnd2->getSymbolicPart())
1200     return false;
1201
1202   // This many instruction become dead.(At least "Opnd1 ^ Opnd2" will die.)
1203   int DeadInstNum = 1;
1204   if (Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1205     DeadInstNum++;
1206   if (Opnd2->getValue()->hasOneUse())
1207     DeadInstNum++;
1208
1209   // Xor-Rule 2:
1210   //  (x | c1) ^ (x & c2)
1211   //   = (x|c1) ^ (x&c2) ^ (c1 ^ c1) = ((x|c1) ^ c1) ^ (x & c2) ^ c1
1212   //   = (x & ~c1) ^ (x & c2) ^ c1               // Xor-Rule 1
1213   //   = (x & c3) ^ c1, where c3 = ~c1 ^ c2      // Xor-rule 3
1214   //
1215   if (Opnd1->isOrExpr() != Opnd2->isOrExpr()) {
1216     if (Opnd2->isOrExpr())
1217       std::swap(Opnd1, Opnd2);
1218
1219     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1220     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1221     APInt C3((~C1) ^ C2);
1222
1223     // Do not increase code size!
1224     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1225       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1226       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1227         return false;
1228     }
1229
1230     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1231     ConstOpnd ^= C1;
1232
1233   } else if (Opnd1->isOrExpr()) {
1234     // Xor-Rule 3: (x | c1) ^ (x | c2) = (x & c3) ^ c3 where c3 = c1 ^ c2
1235     //
1236     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1237     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1238     APInt C3 = C1 ^ C2;
1239     
1240     // Do not increase code size
1241     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1242       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1243       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1244         return false;
1245     }
1246
1247     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1248     ConstOpnd ^= C3;
1249   } else {
1250     // Xor-Rule 4: (x & c1) ^ (x & c2) = (x & (c1^c2))
1251     //
1252     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1253     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1254     APInt C3 = C1 ^ C2;
1255     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1256   }
1257
1258   // Put the original operands in the Redo list; hope they will be deleted
1259   // as dead code.
1260   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1261     RedoInsts.insert(T);
1262   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd2->getValue()))
1263     RedoInsts.insert(T);
1264
1265   return true;
1266 }
1267
1268 /// Optimize a series of operands to an 'xor' instruction. If it can be reduced
1269 /// to a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
1270 /// necessary.
1271 Value *ReassociatePass::OptimizeXor(Instruction *I,
1272                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1273   if (Value *V = OptimizeAndOrXor(Instruction::Xor, Ops))
1274     return V;
1275       
1276   if (Ops.size() == 1)
1277     return nullptr;
1278
1279   Type *Ty = Ops[0].Op->getType();
1280
1281   // TODO: We should optimize vector Xor instructions, but they are
1282   // currently unsupported.
1283   if (Ty->isVectorTy())
1284     return nullptr;
1285
1286   SmallVector<XorOpnd, 8> Opnds;
1287   SmallVector<XorOpnd*, 8> OpndPtrs;
1288   APInt ConstOpnd(Ty->getIntegerBitWidth(), 0);
1289
1290   // Step 1: Convert ValueEntry to XorOpnd
1291   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1292     Value *V = Ops[i].Op;
1293     if (!isa<ConstantInt>(V)) {
1294       XorOpnd O(V);
1295       O.setSymbolicRank(getRank(O.getSymbolicPart()));
1296       Opnds.push_back(O);
1297     } else
1298       ConstOpnd ^= cast<ConstantInt>(V)->getValue();
1299   }
1300
1301   // NOTE: From this point on, do *NOT* add/delete element to/from "Opnds".
1302   //  It would otherwise invalidate the "Opnds"'s iterator, and hence invalidate
1303   //  the "OpndPtrs" as well. For the similar reason, do not fuse this loop
1304   //  with the previous loop --- the iterator of the "Opnds" may be invalidated
1305   //  when new elements are added to the vector.
1306   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i != e; ++i)
1307     OpndPtrs.push_back(&Opnds[i]);
1308
1309   // Step 2: Sort the Xor-Operands in a way such that the operands containing
1310   //  the same symbolic value cluster together. For instance, the input operand
1311   //  sequence ("x | 123", "y & 456", "x & 789") will be sorted into:
1312   //  ("x | 123", "x & 789", "y & 456").
1313   //
1314   //  The purpose is twofold:
1315   //  1) Cluster together the operands sharing the same symbolic-value.
1316   //  2) Operand having smaller symbolic-value-rank is permuted earlier, which
1317   //     could potentially shorten crital path, and expose more loop-invariants.
1318   //     Note that values' rank are basically defined in RPO order (FIXME).
1319   //     So, if Rank(X) < Rank(Y) < Rank(Z), it means X is defined earlier
1320   //     than Y which is defined earlier than Z. Permute "x | 1", "Y & 2",
1321   //     "z" in the order of X-Y-Z is better than any other orders.
1322   std::stable_sort(OpndPtrs.begin(), OpndPtrs.end(),
1323                    [](XorOpnd *LHS, XorOpnd *RHS) {
1324     return LHS->getSymbolicRank() < RHS->getSymbolicRank();
1325   });
1326
1327   // Step 3: Combine adjacent operands
1328   XorOpnd *PrevOpnd = nullptr;
1329   bool Changed = false;
1330   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1331     XorOpnd *CurrOpnd = OpndPtrs[i];
1332     // The combined value
1333     Value *CV;
1334
1335     // Step 3.1: Try simplifying "CurrOpnd ^ ConstOpnd"
1336     if (!ConstOpnd.isNullValue() &&
1337         CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1338       Changed = true;
1339       if (CV)
1340         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1341       else {
1342         CurrOpnd->Invalidate();
1343         continue;
1344       }
1345     }
1346
1347     if (!PrevOpnd || CurrOpnd->getSymbolicPart() != PrevOpnd->getSymbolicPart()) {
1348       PrevOpnd = CurrOpnd;
1349       continue;
1350     }
1351
1352     // step 3.2: When previous and current operands share the same symbolic
1353     //  value, try to simplify "PrevOpnd ^ CurrOpnd ^ ConstOpnd" 
1354     //    
1355     if (CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, PrevOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1356       // Remove previous operand
1357       PrevOpnd->Invalidate();
1358       if (CV) {
1359         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1360         PrevOpnd = CurrOpnd;
1361       } else {
1362         CurrOpnd->Invalidate();
1363         PrevOpnd = nullptr;
1364       }
1365       Changed = true;
1366     }
1367   }
1368
1369   // Step 4: Reassemble the Ops
1370   if (Changed) {
1371     Ops.clear();
1372     for (unsigned int i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1373       XorOpnd &O = Opnds[i];
1374       if (O.isInvalid())
1375         continue;
1376       ValueEntry VE(getRank(O.getValue()), O.getValue());
1377       Ops.push_back(VE);
1378     }
1379     if (!ConstOpnd.isNullValue()) {
1380       Value *C = ConstantInt::get(Ty->getContext(), ConstOpnd);
1381       ValueEntry VE(getRank(C), C);
1382       Ops.push_back(VE);
1383     }
1384     int Sz = Ops.size();
1385     if (Sz == 1)
1386       return Ops.back().Op;
1387     else if (Sz == 0) {
1388       assert(ConstOpnd == 0);
1389       return ConstantInt::get(Ty->getContext(), ConstOpnd);
1390     }
1391   }
1392
1393   return nullptr;
1394 }
1395
1396 /// Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1397 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1398 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1399 Value *ReassociatePass::OptimizeAdd(Instruction *I,
1400                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1401   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1402   // can simplify expressions like X+-X == 0 and X+~X ==-1.  While we're at it,
1403   // scan for any
1404   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1405
1406   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1407     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1408     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1409     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1410     // that these need to be next to each other in the vector.
1411     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1412       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1413       unsigned NumFound = 0;
1414       do {
1415         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1416         ++NumFound;
1417       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1418
1419       DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1420       ++NumFactor;
1421
1422       // Insert a new multiply.
1423       Type *Ty = TheOp->getType();
1424       Constant *C = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
1425         ConstantInt::get(Ty, NumFound) : ConstantFP::get(Ty, NumFound);
1426       Instruction *Mul = CreateMul(TheOp, C, "factor", I, I);
1427
1428       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1429       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1430       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1431       RedoInsts.insert(Mul);
1432
1433       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1434       if (Ops.empty())
1435         return Mul;
1436
1437       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1438       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1439       // things being added by this operation.
1440       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1441
1442       --i;
1443       e = Ops.size();
1444       continue;
1445     }
1446
1447     // Check for X and -X or X and ~X in the operand list.
1448     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp) && !BinaryOperator::isFNeg(TheOp) &&
1449         !BinaryOperator::isNot(TheOp))
1450       continue;
1451
1452     Value *X = nullptr;
1453     if (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp))
1454       X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1455     else if (BinaryOperator::isNot(TheOp))
1456       X = BinaryOperator::getNotArgument(TheOp);
1457
1458     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1459     if (FoundX == i)
1460       continue;
1461
1462     // Remove X and -X from the operand list.
1463     if (Ops.size() == 2 &&
1464         (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp)))
1465       return Constant::getNullValue(X->getType());
1466
1467     // Remove X and ~X from the operand list.
1468     if (Ops.size() == 2 && BinaryOperator::isNot(TheOp))
1469       return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1470
1471     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1472     if (i < FoundX)
1473       --FoundX;
1474     else
1475       --i;   // Need to back up an extra one.
1476     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1477     ++NumAnnihil;
1478     --i;     // Revisit element.
1479     e -= 2;  // Removed two elements.
1480
1481     // if X and ~X we append -1 to the operand list.
1482     if (BinaryOperator::isNot(TheOp)) {
1483       Value *V = Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1484       Ops.insert(Ops.end(), ValueEntry(getRank(V), V));
1485       e += 1;
1486     }
1487   }
1488
1489   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1490   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1491   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1492   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1493   // for any ADD operands that are MULs.
1494   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1495
1496   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1497   // where they are actually the same multiply.
1498   unsigned MaxOcc = 0;
1499   Value *MaxOccVal = nullptr;
1500   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1501     BinaryOperator *BOp =
1502         isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1503     if (!BOp)
1504       continue;
1505
1506     // Compute all of the factors of this added value.
1507     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1508     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors);
1509     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1510
1511     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1512     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1513     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1514       Value *Factor = Factors[i];
1515       if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1516         continue;
1517
1518       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1519       if (Occ > MaxOcc) {
1520         MaxOcc = Occ;
1521         MaxOccVal = Factor;
1522       }
1523
1524       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1525       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1526       // cannot be positivified.
1527       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1528         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1529           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1530           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1531             continue;
1532           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1533           if (Occ > MaxOcc) {
1534             MaxOcc = Occ;
1535             MaxOccVal = Factor;
1536           }
1537         }
1538       } else if (ConstantFP *CF = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1539         if (CF->isNegative()) {
1540           APFloat F(CF->getValueAPF());
1541           F.changeSign();
1542           Factor = ConstantFP::get(CF->getContext(), F);
1543           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1544             continue;
1545           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1546           if (Occ > MaxOcc) {
1547             MaxOcc = Occ;
1548             MaxOccVal = Factor;
1549           }
1550         }
1551       }
1552     }
1553   }
1554
1555   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1556   if (MaxOcc > 1) {
1557     DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1558     ++NumFactor;
1559
1560     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1561     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1562     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1563     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1564     Instruction *DummyInst =
1565         I->getType()->isIntOrIntVectorTy()
1566             ? BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal)
1567             : BinaryOperator::CreateFAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1568
1569     SmallVector<WeakTrackingVH, 4> NewMulOps;
1570     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1571       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1572       BinaryOperator *BOp =
1573           isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1574       if (!BOp)
1575         continue;
1576
1577       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1578         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1579         // one fell swoop.
1580         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1581           --j;
1582           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1583             NewMulOps.push_back(V);
1584             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1585           }
1586         }
1587         --i;
1588       }
1589     }
1590
1591     // No need for extra uses anymore.
1592     DummyInst->deleteValue();
1593
1594     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1595     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1596
1597     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1598     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1599     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1600     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1601     (void)NumAddedValues;
1602     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1603       RedoInsts.insert(VI);
1604
1605     // Create the multiply.
1606     Instruction *V2 = CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I, I);
1607
1608     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1609     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1610     RedoInsts.insert(V2);
1611
1612     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1613     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1614     if (Ops.empty())
1615       return V2;
1616
1617     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1618     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1619     // things being added by this operation.
1620     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1621   }
1622
1623   return nullptr;
1624 }
1625
1626 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1627 ///
1628 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1629 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1630 /// the order of descending power.
1631 ///
1632 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1633 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1634 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1635 ///
1636 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1637 static bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1638                                    SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1639   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1640   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1641   unsigned FactorPowerSum = 0;
1642   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1643     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1644
1645     // Count the number of occurrences of this value.
1646     unsigned Count = 1;
1647     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1648       ++Count;
1649     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1650     if (Count > 1)
1651       FactorPowerSum += Count;
1652   }
1653
1654   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1655   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1656   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1657   // trying to simplify already minimal formations.
1658   if (FactorPowerSum < 4)
1659     return false;
1660
1661   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1662   FactorPowerSum = 0;
1663   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1664     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1665
1666     // Count the number of occurrences of this value.
1667     unsigned Count = 1;
1668     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1669       ++Count;
1670     if (Count == 1)
1671       continue;
1672     // Move an even number of occurrences to Factors.
1673     Count &= ~1U;
1674     Idx -= Count;
1675     FactorPowerSum += Count;
1676     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1677     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1678   }
1679
1680   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1681   // below our mininum of '4'.
1682   assert(FactorPowerSum >= 4);
1683
1684   std::stable_sort(Factors.begin(), Factors.end(),
1685                    [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1686     return LHS.Power > RHS.Power;
1687   });
1688   return true;
1689 }
1690
1691 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1692 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1693                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1694   if (Ops.size() == 1)
1695     return Ops.back();
1696
1697   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1698   do {
1699     if (LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy())
1700       LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1701     else
1702       LHS = Builder.CreateFMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1703   } while (!Ops.empty());
1704
1705   return LHS;
1706 }
1707
1708 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1709 ///
1710 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1711 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1712 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1713 /// value.
1714 Value *
1715 ReassociatePass::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1716                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1717   assert(Factors[0].Power);
1718   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1719   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1720        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1721     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1722       LastIdx = Idx;
1723       continue;
1724     }
1725
1726     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1727     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1728     // for that.
1729     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1730     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1731     do {
1732       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1733       ++Idx;
1734     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1735
1736     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1737     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1738     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1739     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1740       RedoInsts.insert(MI);
1741
1742     LastIdx = Idx;
1743   }
1744   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1745   // base.
1746   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1747                             [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1748                               return LHS.Power == RHS.Power;
1749                             }),
1750                 Factors.end());
1751
1752   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1753   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1754   // expression.
1755   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1756     if (Factors[Idx].Power & 1)
1757       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1758     Factors[Idx].Power >>= 1;
1759   }
1760   if (Factors[0].Power) {
1761     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1762     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1763     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1764   }
1765   if (OuterProduct.size() == 1)
1766     return OuterProduct.front();
1767
1768   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1769   return V;
1770 }
1771
1772 Value *ReassociatePass::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1773                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1774   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1775   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1776   if (Ops.size() < 4)
1777     return nullptr;
1778
1779   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1780   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1781   // re-use.
1782   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1783   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1784     return nullptr; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1785
1786   IRBuilder<> Builder(I);
1787   // The reassociate transformation for FP operations is performed only
1788   // if unsafe algebra is permitted by FastMathFlags. Propagate those flags
1789   // to the newly generated operations.
1790   if (auto FPI = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1791     Builder.setFastMathFlags(FPI->getFastMathFlags());
1792
1793   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1794   if (Ops.empty())
1795     return V;
1796
1797   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1798   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1799   return nullptr;
1800 }
1801
1802 Value *ReassociatePass::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1803                                            SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1804   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1805   // Start by folding any constants that we found.
1806   Constant *Cst = nullptr;
1807   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1808   while (!Ops.empty() && isa<Constant>(Ops.back().Op)) {
1809     Constant *C = cast<Constant>(Ops.pop_back_val().Op);
1810     Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, C, Cst) : C;
1811   }
1812   // If there was nothing but constants then we are done.
1813   if (Ops.empty())
1814     return Cst;
1815
1816   // Put the combined constant back at the end of the operand list, except if
1817   // there is no point.  For example, an add of 0 gets dropped here, while a
1818   // multiplication by zero turns the whole expression into zero.
1819   if (Cst && Cst != ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType())) {
1820     if (Cst == ConstantExpr::getBinOpAbsorber(Opcode, I->getType()))
1821       return Cst;
1822     Ops.push_back(ValueEntry(0, Cst));
1823   }
1824
1825   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1826
1827   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1828   // argument list here.
1829   unsigned NumOps = Ops.size();
1830   switch (Opcode) {
1831   default: break;
1832   case Instruction::And:
1833   case Instruction::Or:
1834     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1835       return Result;
1836     break;
1837
1838   case Instruction::Xor:
1839     if (Value *Result = OptimizeXor(I, Ops))
1840       return Result;
1841     break;
1842
1843   case Instruction::Add:
1844   case Instruction::FAdd:
1845     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1846       return Result;
1847     break;
1848
1849   case Instruction::Mul:
1850   case Instruction::FMul:
1851     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1852       return Result;
1853     break;
1854   }
1855
1856   if (Ops.size() != NumOps)
1857     return OptimizeExpression(I, Ops);
1858   return nullptr;
1859 }
1860
1861 // Remove dead instructions and if any operands are trivially dead add them to
1862 // Insts so they will be removed as well.
1863 void ReassociatePass::RecursivelyEraseDeadInsts(
1864     Instruction *I, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &Insts) {
1865   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1866   SmallVector<Value *, 4> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1867   ValueRankMap.erase(I);
1868   Insts.remove(I);
1869   RedoInsts.remove(I);
1870   I->eraseFromParent();
1871   for (auto Op : Ops)
1872     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
1873       if (OpInst->use_empty())
1874         Insts.insert(OpInst);
1875 }
1876
1877 /// Zap the given instruction, adding interesting operands to the work list.
1878 void ReassociatePass::EraseInst(Instruction *I) {
1879   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1880   DEBUG(dbgs() << "Erasing dead inst: "; I->dump());
1881
1882   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1883   // Erase the dead instruction.
1884   ValueRankMap.erase(I);
1885   RedoInsts.remove(I);
1886   I->eraseFromParent();
1887   // Optimize its operands.
1888   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited; // Detect self-referential nodes.
1889   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1890     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1891       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1892       // and add that since that's where optimization actually happens.
1893       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1894       while (Op->hasOneUse() && Op->user_back()->getOpcode() == Opcode &&
1895              Visited.insert(Op).second)
1896         Op = Op->user_back();
1897       RedoInsts.insert(Op);
1898     }
1899 }
1900
1901 // Canonicalize expressions of the following form:
1902 //  x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y)
1903 //  x - (-Constant * y) -> x + (Constant * y)
1904 Instruction *ReassociatePass::canonicalizeNegConstExpr(Instruction *I) {
1905   if (!I->hasOneUse() || I->getType()->isVectorTy())
1906     return nullptr;
1907
1908   // Must be a fmul or fdiv instruction.
1909   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1910   if (Opcode != Instruction::FMul && Opcode != Instruction::FDiv)
1911     return nullptr;
1912
1913   auto *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
1914   auto *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
1915
1916   // Both operands are constant, let it get constant folded away.
1917   if (C0 && C1)
1918     return nullptr;
1919
1920   ConstantFP *CF = C0 ? C0 : C1;
1921
1922   // Must have one constant operand.
1923   if (!CF)
1924     return nullptr;
1925
1926   // Must be a negative ConstantFP.
1927   if (!CF->isNegative())
1928     return nullptr;
1929
1930   // User must be a binary operator with one or more uses.
1931   Instruction *User = I->user_back();
1932   if (!isa<BinaryOperator>(User) || User->use_empty())
1933     return nullptr;
1934
1935   unsigned UserOpcode = User->getOpcode();
1936   if (UserOpcode != Instruction::FAdd && UserOpcode != Instruction::FSub)
1937     return nullptr;
1938
1939   // Subtraction is not commutative. Explicitly, the following transform is
1940   // not valid: (-Constant * y) - x  -> x + (Constant * y)
1941   if (!User->isCommutative() && User->getOperand(1) != I)
1942     return nullptr;
1943
1944   // Change the sign of the constant.
1945   APFloat Val = CF->getValueAPF();
1946   Val.changeSign();
1947   I->setOperand(C0 ? 0 : 1, ConstantFP::get(CF->getContext(), Val));
1948
1949   // Canonicalize I to RHS to simplify the next bit of logic. E.g.,
1950   // ((-Const*y) + x) -> (x + (-Const*y)).
1951   if (User->getOperand(0) == I && User->isCommutative())
1952     cast<BinaryOperator>(User)->swapOperands();
1953
1954   Value *Op0 = User->getOperand(0);
1955   Value *Op1 = User->getOperand(1);
1956   BinaryOperator *NI;
1957   switch (UserOpcode) {
1958   default:
1959     llvm_unreachable("Unexpected Opcode!");
1960   case Instruction::FAdd:
1961     NI = BinaryOperator::CreateFSub(Op0, Op1);
1962     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1963     break;
1964   case Instruction::FSub:
1965     NI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, Op1);
1966     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1967     break;
1968   }
1969
1970   NI->insertBefore(User);
1971   NI->setName(User->getName());
1972   User->replaceAllUsesWith(NI);
1973   NI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1974   RedoInsts.insert(I);
1975   MadeChange = true;
1976   return NI;
1977 }
1978
1979 /// Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1980 /// instructions is not allowed.
1981 void ReassociatePass::OptimizeInst(Instruction *I) {
1982   // Only consider operations that we understand.
1983   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1984     return;
1985
1986   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1987     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1988     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
1989     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
1990         (I->hasOneUse() &&
1991          (isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul) ||
1992           isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Add)))) {
1993       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
1994       RedoInsts.insert(I);
1995       MadeChange = true;
1996       I = NI;
1997     }
1998
1999   // Canonicalize negative constants out of expressions.
2000   if (Instruction *Res = canonicalizeNegConstExpr(I))
2001     I = Res;
2002
2003   // Commute binary operators, to canonicalize the order of their operands.
2004   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing other
2005   // transformations simpler.
2006   if (I->isCommutative())
2007     canonicalizeOperands(I);
2008
2009   // Don't optimize floating point instructions that don't have unsafe algebra.
2010   if (I->getType()->isFPOrFPVectorTy() && !I->hasUnsafeAlgebra())
2011     return;
2012
2013   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
2014   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
2015   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
2016   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
2017   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
2018   // optimized for the most likely conditions.
2019   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
2020     return;
2021
2022   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
2023   // see if we can convert it to X+-Y.
2024   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
2025     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2026       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2027       RedoInsts.insert(I);
2028       MadeChange = true;
2029       I = NI;
2030     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
2031       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2032       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2033       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
2034           (!I->hasOneUse() ||
2035            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul))) {
2036         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2037         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2038         // reassociate further.
2039         for (User *U : NI->users()) {
2040           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2041             RedoInsts.insert(Tmp);
2042         }
2043         RedoInsts.insert(I);
2044         MadeChange = true;
2045         I = NI;
2046       }
2047     }
2048   } else if (I->getOpcode() == Instruction::FSub) {
2049     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2050       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2051       RedoInsts.insert(I);
2052       MadeChange = true;
2053       I = NI;
2054     } else if (BinaryOperator::isFNeg(I)) {
2055       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2056       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2057       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::FMul) &&
2058           (!I->hasOneUse() ||
2059            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::FMul))) {
2060         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2061         // reassociate further.
2062         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2063         for (User *U : NI->users()) {
2064           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2065             RedoInsts.insert(Tmp);
2066         }
2067         RedoInsts.insert(I);
2068         MadeChange = true;
2069         I = NI;
2070       }
2071     }
2072   }
2073
2074   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
2075   if (!I->isAssociative()) return;
2076   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
2077
2078   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
2079   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
2080   unsigned Opcode = BO->getOpcode();
2081   if (BO->hasOneUse() && BO->user_back()->getOpcode() == Opcode) {
2082     // During the initial run we will get to the root of the tree.
2083     // But if we get here while we are redoing instructions, there is no
2084     // guarantee that the root will be visited. So Redo later
2085     if (BO->user_back() != BO &&
2086         BO->getParent() == BO->user_back()->getParent())
2087       RedoInsts.insert(BO->user_back());
2088     return;
2089   }
2090
2091   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
2092   // until we process the subtract.
2093   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
2094       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
2095     return;
2096   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
2097       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::FSub)
2098     return;
2099
2100   ReassociateExpression(BO);
2101 }
2102
2103 void ReassociatePass::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
2104   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
2105   // operand information.
2106   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
2107   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
2108   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
2109   Ops.reserve(Tree.size());
2110   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
2111     RepeatedValue E = Tree[i];
2112     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
2113                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
2114   }
2115
2116   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2117
2118   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
2119   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
2120   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
2121   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
2122   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
2123   // the vector.
2124   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
2125
2126   // Now that we have the expression tree in a convenient
2127   // sorted form, optimize it globally if possible.
2128   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
2129     if (V == I)
2130       // Self-referential expression in unreachable code.
2131       return;
2132     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2133     // eliminate it.
2134     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
2135     I->replaceAllUsesWith(V);
2136     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
2137       VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2138     RedoInsts.insert(I);
2139     ++NumAnnihil;
2140     return;
2141   }
2142
2143   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
2144   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
2145   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
2146   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
2147   if (I->hasOneUse()) {
2148     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul &&
2149         cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
2150         isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
2151         cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
2152       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2153       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2154     } else if (I->getOpcode() == Instruction::FMul &&
2155                cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() ==
2156                    Instruction::FAdd &&
2157                isa<ConstantFP>(Ops.back().Op) &&
2158                cast<ConstantFP>(Ops.back().Op)->isExactlyValue(-1.0)) {
2159       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2160       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2161     }
2162   }
2163
2164   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2165
2166   if (Ops.size() == 1) {
2167     if (Ops[0].Op == I)
2168       // Self-referential expression in unreachable code.
2169       return;
2170
2171     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2172     // eliminate it.
2173     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
2174     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
2175       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2176     RedoInsts.insert(I);
2177     return;
2178   }
2179
2180   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
2181   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
2182   RewriteExprTree(I, Ops);
2183 }
2184
2185 PreservedAnalyses ReassociatePass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &) {
2186   // Get the functions basic blocks in Reverse Post Order. This order is used by
2187   // BuildRankMap to pre calculate ranks correctly. It also excludes dead basic
2188   // blocks (it has been seen that the analysis in this pass could hang when
2189   // analysing dead basic blocks).
2190   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2191
2192   // Calculate the rank map for F.
2193   BuildRankMap(F, RPOT);
2194
2195   MadeChange = false;
2196   // Traverse the same blocks that was analysed by BuildRankMap.
2197   for (BasicBlock *BI : RPOT) {
2198     assert(RankMap.count(&*BI) && "BB should be ranked.");
2199     // Optimize every instruction in the basic block.
2200     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE;)
2201       if (isInstructionTriviallyDead(&*II)) {
2202         EraseInst(&*II++);
2203       } else {
2204         OptimizeInst(&*II);
2205         assert(II->getParent() == &*BI && "Moved to a different block!");
2206         ++II;
2207       }
2208
2209     // Make a copy of all the instructions to be redone so we can remove dead
2210     // instructions.
2211     SetVector<AssertingVH<Instruction>> ToRedo(RedoInsts);
2212     // Iterate over all instructions to be reevaluated and remove trivially dead
2213     // instructions. If any operand of the trivially dead instruction becomes
2214     // dead mark it for deletion as well. Continue this process until all
2215     // trivially dead instructions have been removed.
2216     while (!ToRedo.empty()) {
2217       Instruction *I = ToRedo.pop_back_val();
2218       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2219         RecursivelyEraseDeadInsts(I, ToRedo);
2220         MadeChange = true;
2221       }
2222     }
2223
2224     // Now that we have removed dead instructions, we can reoptimize the
2225     // remaining instructions.
2226     while (!RedoInsts.empty()) {
2227       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
2228       if (isInstructionTriviallyDead(I))
2229         EraseInst(I);
2230       else
2231         OptimizeInst(I);
2232     }
2233   }
2234
2235   // We are done with the rank map.
2236   RankMap.clear();
2237   ValueRankMap.clear();
2238
2239   if (MadeChange) {
2240     PreservedAnalyses PA;
2241     PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
2242     PA.preserve<GlobalsAA>();
2243     return PA;
2244   }
2245
2246   return PreservedAnalyses::all();
2247 }
2248
2249 namespace {
2250   class ReassociateLegacyPass : public FunctionPass {
2251     ReassociatePass Impl;
2252   public:
2253     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2254     ReassociateLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
2255       initializeReassociateLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2256     }
2257
2258     bool runOnFunction(Function &F) override {
2259       if (skipFunction(F))
2260         return false;
2261
2262       FunctionAnalysisManager DummyFAM;
2263       auto PA = Impl.run(F, DummyFAM);
2264       return !PA.areAllPreserved();
2265     }
2266
2267     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2268       AU.setPreservesCFG();
2269       AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2270     }
2271   };
2272 }
2273
2274 char ReassociateLegacyPass::ID = 0;
2275 INITIALIZE_PASS(ReassociateLegacyPass, "reassociate",
2276                 "Reassociate expressions", false, false)
2277
2278 // Public interface to the Reassociate pass
2279 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() {
2280   return new ReassociateLegacyPass();
2281 }