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[Transforms] Fix some Clang-tidy modernize and Include What You Use warnings; other...
[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/APFloat.h"
25 #include "llvm/ADT/APInt.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
33 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
34 #include "llvm/IR/Argument.h"
35 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
36 #include "llvm/IR/CFG.h"
37 #include "llvm/IR/Constant.h"
38 #include "llvm/IR/Constants.h"
39 #include "llvm/IR/Function.h"
40 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
41 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
42 #include "llvm/IR/Instruction.h"
43 #include "llvm/IR/Instructions.h"
44 #include "llvm/IR/Operator.h"
45 #include "llvm/IR/PassManager.h"
46 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
47 #include "llvm/IR/Type.h"
48 #include "llvm/IR/User.h"
49 #include "llvm/IR/Value.h"
50 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
51 #include "llvm/Pass.h"
52 #include "llvm/Support/Casting.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.h"
54 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
55 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
56 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
58 #include <algorithm>
59 #include <cassert>
60 #include <utility>
61
62 using namespace llvm;
63 using namespace reassociate;
64
65 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
66
67 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
68 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
69 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
70
71 #ifndef NDEBUG
72 /// Print out the expression identified in the Ops list.
73 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
74   Module *M = I->getModule();
75   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
76        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
77   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
78     dbgs() << "[ ";
79     Ops[i].Op->printAsOperand(dbgs(), false, M);
80     dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
81   }
82 }
83 #endif
84
85 /// Utility class representing a non-constant Xor-operand. We classify
86 /// non-constant Xor-Operands into two categories:
87 ///  C1) The operand is in the form "X & C", where C is a constant and C != ~0
88 ///  C2)
89 ///    C2.1) The operand is in the form of "X | C", where C is a non-zero
90 ///          constant.
91 ///    C2.2) Any operand E which doesn't fall into C1 and C2.1, we view this
92 ///          operand as "E | 0"
93 class llvm::reassociate::XorOpnd {
94 public:
95   XorOpnd(Value *V);
96
97   bool isInvalid() const { return SymbolicPart == nullptr; }
98   bool isOrExpr() const { return isOr; }
99   Value *getValue() const { return OrigVal; }
100   Value *getSymbolicPart() const { return SymbolicPart; }
101   unsigned getSymbolicRank() const { return SymbolicRank; }
102   const APInt &getConstPart() const { return ConstPart; }
103
104   void Invalidate() { SymbolicPart = OrigVal = nullptr; }
105   void setSymbolicRank(unsigned R) { SymbolicRank = R; }
106
107 private:
108   Value *OrigVal;
109   Value *SymbolicPart;
110   APInt ConstPart;
111   unsigned SymbolicRank;
112   bool isOr;
113 };
114
115 XorOpnd::XorOpnd(Value *V) {
116   assert(!isa<ConstantInt>(V) && "No ConstantInt");
117   OrigVal = V;
118   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
119   SymbolicRank = 0;
120
121   if (I && (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
122             I->getOpcode() == Instruction::And)) {
123     Value *V0 = I->getOperand(0);
124     Value *V1 = I->getOperand(1);
125     const APInt *C;
126     if (match(V0, PatternMatch::m_APInt(C)))
127       std::swap(V0, V1);
128
129     if (match(V1, PatternMatch::m_APInt(C))) {
130       ConstPart = *C;
131       SymbolicPart = V0;
132       isOr = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
133       return;
134     }
135   }
136
137   // view the operand as "V | 0"
138   SymbolicPart = V;
139   ConstPart = APInt::getNullValue(V->getType()->getScalarSizeInBits());
140   isOr = true;
141 }
142
143 /// Return true if V is an instruction of the specified opcode and if it
144 /// only has one use.
145 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
146   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
147       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode &&
148       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
149        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
150     return cast<BinaryOperator>(V);
151   return nullptr;
152 }
153
154 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode1,
155                                         unsigned Opcode2) {
156   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
157       (cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode1 ||
158        cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode2) &&
159       (!isa<FPMathOperator>(V) ||
160        cast<Instruction>(V)->hasUnsafeAlgebra()))
161     return cast<BinaryOperator>(V);
162   return nullptr;
163 }
164
165 void ReassociatePass::BuildRankMap(Function &F,
166                                    ReversePostOrderTraversal<Function*> &RPOT) {
167   unsigned Rank = 2;
168
169   // Assign distinct ranks to function arguments.
170   for (auto &Arg : F.args()) {
171     ValueRankMap[&Arg] = ++Rank;
172     DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << Arg.getName() << "] = " << Rank
173                  << "\n");
174   }
175
176   // Traverse basic blocks in ReversePostOrder
177   for (BasicBlock *BB : RPOT) {
178     unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++Rank << 16;
179
180     // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
181     // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
182     // all different in the block.
183     for (Instruction &I : *BB)
184       if (mayBeMemoryDependent(I))
185         ValueRankMap[&I] = ++BBRank;
186   }
187 }
188
189 unsigned ReassociatePass::getRank(Value *V) {
190   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
191   if (!I) {
192     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
193     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
194   }
195
196   if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
197     return Rank;    // Rank already known?
198
199   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
200   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
201   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
202   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
203   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
204   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
205        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
206     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
207
208   // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
209   // assures us that X and ~X will have the same rank.
210   if  (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I) &&
211        !BinaryOperator::isFNeg(I))
212     ++Rank;
213
214   DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = " << Rank << "\n");
215
216   return ValueRankMap[I] = Rank;
217 }
218
219 // Canonicalize constants to RHS.  Otherwise, sort the operands by rank.
220 void ReassociatePass::canonicalizeOperands(Instruction *I) {
221   assert(isa<BinaryOperator>(I) && "Expected binary operator.");
222   assert(I->isCommutative() && "Expected commutative operator.");
223
224   Value *LHS = I->getOperand(0);
225   Value *RHS = I->getOperand(1);
226   if (LHS == RHS || isa<Constant>(RHS))
227     return;
228   if (isa<Constant>(LHS) || getRank(RHS) < getRank(LHS))
229     cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
230 }
231
232 static BinaryOperator *CreateAdd(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
233                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
234   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
235     return BinaryOperator::CreateAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
236   else {
237     BinaryOperator *Res =
238         BinaryOperator::CreateFAdd(S1, S2, Name, InsertBefore);
239     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
240     return Res;
241   }
242 }
243
244 static BinaryOperator *CreateMul(Value *S1, Value *S2, const Twine &Name,
245                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
246   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
247     return BinaryOperator::CreateMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
248   else {
249     BinaryOperator *Res =
250       BinaryOperator::CreateFMul(S1, S2, Name, InsertBefore);
251     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
252     return Res;
253   }
254 }
255
256 static BinaryOperator *CreateNeg(Value *S1, const Twine &Name,
257                                  Instruction *InsertBefore, Value *FlagsOp) {
258   if (S1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
259     return BinaryOperator::CreateNeg(S1, Name, InsertBefore);
260   else {
261     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateFNeg(S1, Name, InsertBefore);
262     Res->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(FlagsOp)->getFastMathFlags());
263     return Res;
264   }
265 }
266
267 /// Replace 0-X with X*-1.
268 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
269   Type *Ty = Neg->getType();
270   Constant *NegOne = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
271     ConstantInt::getAllOnesValue(Ty) : ConstantFP::get(Ty, -1.0);
272
273   BinaryOperator *Res = CreateMul(Neg->getOperand(1), NegOne, "", Neg, Neg);
274   Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Ty)); // Drop use of op.
275   Res->takeName(Neg);
276   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
277   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
278   return Res;
279 }
280
281 /// Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda is the Carmichael
282 /// function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
283 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
284 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
285 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
286 static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
287   if (Bitwidth < 3)
288     return Bitwidth - 1;
289   return Bitwidth - 2;
290 }
291
292 /// Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
293 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
294 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
295 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
296 /// X occurring LHS + RHS times.  If op is "Xor" for example then the combined
297 /// operation is equivalent to X if LHS + RHS is odd, or 0 if LHS + RHS is even;
298 /// the routine returns 1 in LHS in the first case, and 0 in LHS in the second.
299 static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
300   // If we were working with infinite precision arithmetic then the combined
301   // weight would be LHS + RHS.  But we are using finite precision arithmetic,
302   // and the APInt sum LHS + RHS may not be correct if it wraps (it is correct
303   // for nilpotent operations and addition, but not for idempotent operations
304   // and multiplication), so it is important to correctly reduce the combined
305   // weight back into range if wrapping would be wrong.
306
307   // If RHS is zero then the weight didn't change.
308   if (RHS.isMinValue())
309     return;
310   // If LHS is zero then the combined weight is RHS.
311   if (LHS.isMinValue()) {
312     LHS = RHS;
313     return;
314   }
315   // From this point on we know that neither LHS nor RHS is zero.
316
317   if (Instruction::isIdempotent(Opcode)) {
318     // Idempotent means X op X === X, so any non-zero weight is equivalent to a
319     // weight of 1.  Keeping weights at zero or one also means that wrapping is
320     // not a problem.
321     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
322     return; // Return a weight of 1.
323   }
324   if (Instruction::isNilpotent(Opcode)) {
325     // Nilpotent means X op X === 0, so reduce weights modulo 2.
326     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
327     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
328     return;
329   }
330   if (Opcode == Instruction::Add || Opcode == Instruction::FAdd) {
331     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
332     LHS += RHS;
333     return;
334   }
335
336   assert((Opcode == Instruction::Mul || Opcode == Instruction::FMul) &&
337          "Unknown associative operation!");
338   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
339   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
340   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
341   // bit number x, since either x is odd in which case x^CM = 1, or x is even in
342   // which case both x^W and x^(W - CM) are zero.  By subtracting off multiples
343   // of CM like this weights can always be reduced to the range [0, CM+Bitwidth)
344   // which by a happy accident means that they can always be represented using
345   // Bitwidth bits.
346   // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?  (Could do much better than
347   // the Carmichael number).
348   if (Bitwidth > 3) {
349     /// CM - The value of Carmichael's lambda function.
350     APInt CM = APInt::getOneBitSet(Bitwidth, CarmichaelShift(Bitwidth));
351     // Any weight W >= Threshold can be replaced with W - CM.
352     APInt Threshold = CM + Bitwidth;
353     assert(LHS.ult(Threshold) && RHS.ult(Threshold) && "Weights not reduced!");
354     // For Bitwidth 4 or more the following sum does not overflow.
355     LHS += RHS;
356     while (LHS.uge(Threshold))
357       LHS -= CM;
358   } else {
359     // To avoid problems with overflow do everything the same as above but using
360     // a larger type.
361     unsigned CM = 1U << CarmichaelShift(Bitwidth);
362     unsigned Threshold = CM + Bitwidth;
363     assert(LHS.getZExtValue() < Threshold && RHS.getZExtValue() < Threshold &&
364            "Weights not reduced!");
365     unsigned Total = LHS.getZExtValue() + RHS.getZExtValue();
366     while (Total >= Threshold)
367       Total -= CM;
368     LHS = Total;
369   }
370 }
371
372 using RepeatedValue = std::pair<Value*, APInt>;
373
374 /// Given an associative binary expression, return the leaf
375 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
376 /// original expression is the same as
377 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
378 /// op
379 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
380 /// op
381 ///   ...
382 /// op
383 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
384 ///
385 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct.
386 ///
387 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
388 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
389 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
390 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
391 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
392 ///
393 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
394 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
395 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
396 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
397 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
398 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
399 /// use is a non-leaf node of the expression.
400 ///
401 /// For example:
402 ///           expression graph        node names
403 ///
404 ///                     +        |        I
405 ///                    / \       |
406 ///                   +   +      |      A,  B
407 ///                  / \ / \     |
408 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
409 ///                / \ / \ / \   |
410 ///                   +   *      |      F,  G
411 ///
412 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
413 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
414 ///
415 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
416 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
417 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
418 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
419 ///
420 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
421 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
422 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
423 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
424 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
425 /// made a change by returning 'true'.
426 ///
427 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
428 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
429 ///
430 ///                     +        |        I
431 ///                    / \       |
432 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
433 ///                  / \   \     |
434 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
435 ///                / \ / \ / \   |
436 ///                   +   *      |      F,  G
437 ///
438 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
439 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
440 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
441 /// which requires passing through a phi node.
442 ///
443 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
444 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
445 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
446 /// type and thus make the expression bigger.
447 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
448                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
449   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
450   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
451   unsigned Opcode = I->getOpcode();
452   assert(I->isAssociative() && I->isCommutative() &&
453          "Expected an associative and commutative operation!");
454
455   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
456   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
457   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
458   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
459   // while A has weight two.
460
461   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
462   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
463   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
464   // ways to get to it.
465   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
466   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
467   bool Changed = false;
468
469   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
470   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
471   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
472   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
473   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
474   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
475   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
476   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
477   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
478   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
479   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
480   // are explored.
481
482   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
483   // paths to each leaf seen so far.
484   using LeafMap = DenseMap<Value *, APInt>;
485   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
486   SmallVector<Value *, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
487
488 #ifndef NDEBUG
489   SmallPtrSet<Value *, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
490 #endif
491   while (!Worklist.empty()) {
492     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
493     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
494
495     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
496       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
497       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
498       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
499       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
500
501       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
502       // add its operands to the expression.
503       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
504         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
505         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
506         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
507         continue;
508       }
509
510       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
511       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
512       if (It == Leaves.end()) {
513         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
514         assert(Visited.insert(Op).second && "Not first visit!");
515         if (!Op->hasOneUse()) {
516           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
517           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
518           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
519           LeafOrder.push_back(Op);
520           Leaves[Op] = Weight;
521           continue;
522         }
523         // No uses outside the expression, try morphing it.
524       } else {
525         // Already in the leaf map.
526         assert(It != Leaves.end() && Visited.count(Op) &&
527                "In leaf map but not visited!");
528
529         // Update the number of paths to the leaf.
530         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
531
532 #if 0   // TODO: Re-enable once PR13021 is fixed.
533         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
534         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
535         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
536         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
537         Changed = true;
538
539         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
540         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
541         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
542         // its operands to the expression.
543         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
544           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
545           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
546           Leaves.erase(It);
547           continue;
548         }
549 #endif
550
551         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
552         // then it is not safe to modify the value.
553         if (!Op->hasOneUse())
554           continue;
555
556         // No uses outside the expression, try morphing it.
557         Weight = It->second;
558         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
559       }
560
561       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
562       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
563       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
564       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
565       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
566               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode
567               || (isa<FPMathOperator>(Op) &&
568                   !cast<Instruction>(Op)->hasUnsafeAlgebra())) &&
569              "Should have been handled above!");
570       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
571
572       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
573       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
574       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op))
575         if ((Opcode == Instruction::Mul && BinaryOperator::isNeg(BO)) ||
576             (Opcode == Instruction::FMul && BinaryOperator::isFNeg(BO))) {
577           DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
578           BO = LowerNegateToMultiply(BO);
579           DEBUG(dbgs() << *BO << '\n');
580           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
581           Changed = true;
582           continue;
583         }
584
585       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
586       // a leaf.
587       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
588       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
589       LeafOrder.push_back(Op);
590       Leaves[Op] = Weight;
591     }
592   }
593
594   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
595   // form of the expression.
596   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
597     Value *V = LeafOrder[i];
598     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
599     if (It == Leaves.end())
600       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
601       continue;
602     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
603     APInt Weight = It->second;
604     if (Weight.isMinValue())
605       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
606       continue;
607     // Ensure the leaf is only output once.
608     It->second = 0;
609     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
610   }
611
612   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
613   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
614   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
615   if (Ops.empty()) {
616     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
617     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
618     Ops.emplace_back(Identity, APInt(Bitwidth, 1));
619   }
620
621   return Changed;
622 }
623
624 /// Now that the operands for this expression tree are
625 /// linearized and optimized, emit them in-order.
626 void ReassociatePass::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
627                                       SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
628   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
629
630   // Since our optimizations should never increase the number of operations, the
631   // new expression can usually be written reusing the existing binary operators
632   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
633   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
634   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
635   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
636   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
637   // nsw flags.
638
639   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
640   /// the new expression into.
641   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
642   unsigned Opcode = I->getOpcode();
643   BinaryOperator *Op = I;
644
645   /// NotRewritable - The operands being written will be the leaves of the new
646   /// expression and must not be used as inner nodes (via NodesToRewrite) by
647   /// mistake.  Inner nodes are always reassociable, and usually leaves are not
648   /// (if they were they would have been incorporated into the expression and so
649   /// would not be leaves), so most of the time there is no danger of this.  But
650   /// in rare cases a leaf may become reassociable if an optimization kills uses
651   /// of it, or it may momentarily become reassociable during rewriting (below)
652   /// due it being removed as an operand of one of its uses.  Ensure that misuse
653   /// of leaf nodes as inner nodes cannot occur by remembering all of the future
654   /// leaves and refusing to reuse any of them as inner nodes.
655   SmallPtrSet<Value*, 8> NotRewritable;
656   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
657     NotRewritable.insert(Ops[i].Op);
658
659   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
660   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
661   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
662   BinaryOperator *ExpressionChanged = nullptr;
663   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
664     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
665     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
666     // a subexpression.
667     if (i+2 == Ops.size()) {
668       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
669       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
670       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
671       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
672
673       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
674         // Nothing changed, leave it alone.
675         break;
676
677       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
678         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
679         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
680         Op->swapOperands();
681         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
682         MadeChange = true;
683         ++NumChanged;
684         break;
685       }
686
687       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
688       // the old operands with the new ones.
689       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
690       if (NewLHS != OldLHS) {
691         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode);
692         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
693           NodesToRewrite.push_back(BO);
694         Op->setOperand(0, NewLHS);
695       }
696       if (NewRHS != OldRHS) {
697         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode);
698         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
699           NodesToRewrite.push_back(BO);
700         Op->setOperand(1, NewRHS);
701       }
702       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
703
704       ExpressionChanged = Op;
705       MadeChange = true;
706       ++NumChanged;
707
708       break;
709     }
710
711     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
712     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
713     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
714     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
715       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
716       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
717         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
718         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
719         Op->swapOperands();
720       } else {
721         // Overwrite with the new right-hand side.
722         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode);
723         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
724           NodesToRewrite.push_back(BO);
725         Op->setOperand(1, NewRHS);
726         ExpressionChanged = Op;
727       }
728       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
729       MadeChange = true;
730       ++NumChanged;
731     }
732
733     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
734     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
735     // into it.
736     BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode);
737     if (BO && !NotRewritable.count(BO)) {
738       Op = BO;
739       continue;
740     }
741
742     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
743     // the left-hand side.  If there are no nodes left then the optimizers made
744     // an expression with more nodes than the original!  This usually means that
745     // they did something stupid but it might mean that the problem was just too
746     // hard (finding the mimimal number of multiplications needed to realize a
747     // multiplication expression is NP-complete).  Whatever the reason, smart or
748     // stupid, create a new node if there are none left.
749     BinaryOperator *NewOp;
750     if (NodesToRewrite.empty()) {
751       Constant *Undef = UndefValue::get(I->getType());
752       NewOp = BinaryOperator::Create(Instruction::BinaryOps(Opcode),
753                                      Undef, Undef, "", I);
754       if (NewOp->getType()->isFPOrFPVectorTy())
755         NewOp->setFastMathFlags(I->getFastMathFlags());
756     } else {
757       NewOp = NodesToRewrite.pop_back_val();
758     }
759
760     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
761     Op->setOperand(0, NewOp);
762     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
763     ExpressionChanged = Op;
764     MadeChange = true;
765     ++NumChanged;
766     Op = NewOp;
767   }
768
769   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
770   // starting from the operator specified in ExpressionChanged, and compactify
771   // the operators to just before the expression root to guarantee that the
772   // expression tree is dominated by all of Ops.
773   if (ExpressionChanged)
774     do {
775       // Preserve FastMathFlags.
776       if (isa<FPMathOperator>(I)) {
777         FastMathFlags Flags = I->getFastMathFlags();
778         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
779         ExpressionChanged->setFastMathFlags(Flags);
780       } else
781         ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
782
783       if (ExpressionChanged == I)
784         break;
785       ExpressionChanged->moveBefore(I);
786       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->user_begin());
787     } while (true);
788
789   // Throw away any left over nodes from the original expression.
790   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
791     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
792 }
793
794 /// Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
795 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
796 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
797 /// that should be processed next by the reassociation pass.
798 /// Also add intermediate instructions to the redo list that are modified while
799 /// pushing the negates through adds.  These will be revisited to see if
800 /// additional opportunities have been exposed.
801 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI,
802                           SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
803   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
804     if (C->getType()->isFPOrFPVectorTy()) {
805       return ConstantExpr::getFNeg(C);
806     }
807     return ConstantExpr::getNeg(C);
808   }
809
810   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
811   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
812   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
813   // this means that we turn this:
814   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
815   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
816   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
817   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
818   //
819   if (BinaryOperator *I =
820           isReassociableOp(V, Instruction::Add, Instruction::FAdd)) {
821     // Push the negates through the add.
822     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI, ToRedo));
823     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI, ToRedo));
824     if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
825       I->setHasNoUnsignedWrap(false);
826       I->setHasNoSignedWrap(false);
827     }
828
829     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
830     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
831     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
832     // instruction we are about to insert after them.
833     //
834     I->moveBefore(BI);
835     I->setName(I->getName()+".neg");
836
837     // Add the intermediate negates to the redo list as processing them later
838     // could expose more reassociating opportunities.
839     ToRedo.insert(I);
840     return I;
841   }
842
843   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
844   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
845   for (User *U : V->users()) {
846     if (!BinaryOperator::isNeg(U) && !BinaryOperator::isFNeg(U))
847       continue;
848
849     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
850     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
851     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
852     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
853     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
854
855     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
856     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
857       continue;
858
859     BasicBlock::iterator InsertPt;
860     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
861       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
862         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
863       } else {
864         InsertPt = ++InstInput->getIterator();
865       }
866       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
867     } else {
868       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
869     }
870     TheNeg->moveBefore(&*InsertPt);
871     if (TheNeg->getOpcode() == Instruction::Sub) {
872       TheNeg->setHasNoUnsignedWrap(false);
873       TheNeg->setHasNoSignedWrap(false);
874     } else {
875       TheNeg->andIRFlags(BI);
876     }
877     ToRedo.insert(TheNeg);
878     return TheNeg;
879   }
880
881   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
882   // negation.
883   BinaryOperator *NewNeg = CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI, BI);
884   ToRedo.insert(NewNeg);
885   return NewNeg;
886 }
887
888 /// Return true if we should break up this subtract of X-Y into (X + -Y).
889 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
890   // If this is a negation, we can't split it up!
891   if (BinaryOperator::isNeg(Sub) || BinaryOperator::isFNeg(Sub))
892     return false;
893
894   // Don't breakup X - undef.
895   if (isa<UndefValue>(Sub->getOperand(1)))
896     return false;
897
898   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
899   // subtract or if this is only used by one.
900   Value *V0 = Sub->getOperand(0);
901   if (isReassociableOp(V0, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
902       isReassociableOp(V0, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
903     return true;
904   Value *V1 = Sub->getOperand(1);
905   if (isReassociableOp(V1, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
906       isReassociableOp(V1, Instruction::Sub, Instruction::FSub))
907     return true;
908   Value *VB = Sub->user_back();
909   if (Sub->hasOneUse() &&
910       (isReassociableOp(VB, Instruction::Add, Instruction::FAdd) ||
911        isReassociableOp(VB, Instruction::Sub, Instruction::FSub)))
912     return true;
913
914   return false;
915 }
916
917 /// If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is only used by an
918 /// add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better reassociation.
919 static BinaryOperator *
920 BreakUpSubtract(Instruction *Sub, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &ToRedo) {
921   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
922   // instructions to be commuted with other add instructions.
923   //
924   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
925   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
926   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub, ToRedo);
927   BinaryOperator *New = CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub, Sub);
928   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
929   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
930   New->takeName(Sub);
931
932   // Everyone now refers to the add instruction.
933   Sub->replaceAllUsesWith(New);
934   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
935
936   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
937   return New;
938 }
939
940 /// If this is a shift of a reassociable multiply or is used by one, change
941 /// this into a multiply by a constant to assist with further reassociation.
942 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
943   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
944   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
945
946   BinaryOperator *Mul =
947     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
948   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
949   Mul->takeName(Shl);
950
951   // Everyone now refers to the mul instruction.
952   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
953   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
954
955   // We can safely preserve the nuw flag in all cases.  It's also safe to turn a
956   // nuw nsw shl into a nuw nsw mul.  However, nsw in isolation requires special
957   // handling.
958   bool NSW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoSignedWrap();
959   bool NUW = cast<BinaryOperator>(Shl)->hasNoUnsignedWrap();
960   if (NSW && NUW)
961     Mul->setHasNoSignedWrap(true);
962   Mul->setHasNoUnsignedWrap(NUW);
963   return Mul;
964 }
965
966 /// Scan backwards and forwards among values with the same rank as element i
967 /// to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This is useful when
968 /// scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the same rank.
969 static unsigned FindInOperandList(const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
970                                   unsigned i, Value *X) {
971   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
972   unsigned e = Ops.size();
973   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j) {
974     if (Ops[j].Op == X)
975       return j;
976     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
977       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
978         if (I1->isIdenticalTo(I2))
979           return j;
980   }
981   // Scan backwards.
982   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j) {
983     if (Ops[j].Op == X)
984       return j;
985     if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(Ops[j].Op))
986       if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(X))
987         if (I1->isIdenticalTo(I2))
988           return j;
989   }
990   return i;
991 }
992
993 /// Emit a tree of add instructions, summing Ops together
994 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
995 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
996                                   SmallVectorImpl<WeakTrackingVH> &Ops) {
997   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
998
999   Value *V1 = Ops.back();
1000   Ops.pop_back();
1001   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
1002   return CreateAdd(V2, V1, "tmp", I, I);
1003 }
1004
1005 /// If V is an expression tree that is a multiplication sequence,
1006 /// and if this sequence contains a multiply by Factor,
1007 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
1008 Value *ReassociatePass::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
1009   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1010   if (!BO)
1011     return nullptr;
1012
1013   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1014   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
1015   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
1016   Factors.reserve(Tree.size());
1017   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1018     RepeatedValue E = Tree[i];
1019     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
1020                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1021   }
1022
1023   bool FoundFactor = false;
1024   bool NeedsNegate = false;
1025   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1026     if (Factors[i].Op == Factor) {
1027       FoundFactor = true;
1028       Factors.erase(Factors.begin()+i);
1029       break;
1030     }
1031
1032     // If this is a negative version of this factor, remove it.
1033     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1034       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
1035         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
1036           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1037           Factors.erase(Factors.begin()+i);
1038           break;
1039         }
1040     } else if (ConstantFP *FC1 = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1041       if (ConstantFP *FC2 = dyn_cast<ConstantFP>(Factors[i].Op)) {
1042         const APFloat &F1 = FC1->getValueAPF();
1043         APFloat F2(FC2->getValueAPF());
1044         F2.changeSign();
1045         if (F1.compare(F2) == APFloat::cmpEqual) {
1046           FoundFactor = NeedsNegate = true;
1047           Factors.erase(Factors.begin() + i);
1048           break;
1049         }
1050       }
1051     }
1052   }
1053
1054   if (!FoundFactor) {
1055     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
1056     RewriteExprTree(BO, Factors);
1057     return nullptr;
1058   }
1059
1060   BasicBlock::iterator InsertPt = ++BO->getIterator();
1061
1062   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
1063   // remaining operand.
1064   if (Factors.size() == 1) {
1065     RedoInsts.insert(BO);
1066     V = Factors[0].Op;
1067   } else {
1068     RewriteExprTree(BO, Factors);
1069     V = BO;
1070   }
1071
1072   if (NeedsNegate)
1073     V = CreateNeg(V, "neg", &*InsertPt, BO);
1074
1075   return V;
1076 }
1077
1078 /// If V is a single-use multiply, recursively add its operands as factors,
1079 /// otherwise add V to the list of factors.
1080 ///
1081 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
1082 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
1083                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors) {
1084   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1085   if (!BO) {
1086     Factors.push_back(V);
1087     return;
1088   }
1089
1090   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
1091   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors);
1092   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors);
1093 }
1094
1095 /// Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor' instruction.
1096 /// This optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value,
1097 /// it is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1098 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
1099                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1100   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1101   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1102   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1103     // First, check for X and ~X in the operand list.
1104     assert(i < Ops.size());
1105     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1106       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1107       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1108       if (FoundX != i) {
1109         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1110           return Constant::getNullValue(X->getType());
1111
1112         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1113           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1114       }
1115     }
1116
1117     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1118     // each other, due to our sorting criteria.
1119     assert(i < Ops.size());
1120     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1121       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1122         // Drop duplicate values for And and Or.
1123         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1124         --i; --e;
1125         ++NumAnnihil;
1126         continue;
1127       }
1128
1129       // Drop pairs of values for Xor.
1130       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1131       if (e == 2)
1132         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1133
1134       // Y ^ X^X -> Y
1135       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1136       i -= 1; e -= 2;
1137       ++NumAnnihil;
1138     }
1139   }
1140   return nullptr;
1141 }
1142
1143 /// Helper function of CombineXorOpnd(). It creates a bitwise-and
1144 /// instruction with the given two operands, and return the resulting
1145 /// instruction. There are two special cases: 1) if the constant operand is 0,
1146 /// it will return NULL. 2) if the constant is ~0, the symbolic operand will
1147 /// be returned.
1148 static Value *createAndInstr(Instruction *InsertBefore, Value *Opnd,
1149                              const APInt &ConstOpnd) {
1150   if (ConstOpnd.isNullValue())
1151     return nullptr;
1152
1153   if (ConstOpnd.isAllOnesValue())
1154     return Opnd;
1155
1156   Instruction *I = BinaryOperator::CreateAnd(
1157       Opnd, ConstantInt::get(Opnd->getType(), ConstOpnd), "and.ra",
1158       InsertBefore);
1159   I->setDebugLoc(InsertBefore->getDebugLoc());
1160   return I;
1161 }
1162
1163 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify "Opnd1 ^ ConstOpnd"
1164 // into "R ^ C", where C would be 0, and R is a symbolic value.
1165 //
1166 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned
1167 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively; otherwise, false is returned,
1168 // and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1169 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1170                                      APInt &ConstOpnd, Value *&Res) {
1171   // Xor-Rule 1: (x | c1) ^ c2 = (x | c1) ^ (c1 ^ c1) ^ c2 
1172   //                       = ((x | c1) ^ c1) ^ (c1 ^ c2)
1173   //                       = (x & ~c1) ^ (c1 ^ c2)
1174   // It is useful only when c1 == c2.
1175   if (!Opnd1->isOrExpr() || Opnd1->getConstPart().isNullValue())
1176     return false;
1177
1178   if (!Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1179     return false;
1180
1181   const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1182   if (C1 != ConstOpnd)
1183     return false;
1184
1185   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1186   Res = createAndInstr(I, X, ~C1);
1187   // ConstOpnd was C2, now C1 ^ C2.
1188   ConstOpnd ^= C1;
1189
1190   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1191     RedoInsts.insert(T);
1192   return true;
1193 }
1194                            
1195 // Helper function of OptimizeXor(). It tries to simplify
1196 // "Opnd1 ^ Opnd2 ^ ConstOpnd" into "R ^ C", where C would be 0, and R is a
1197 // symbolic value. 
1198 // 
1199 // If it was successful, true is returned, and the "R" and "C" is returned 
1200 // via "Res" and "ConstOpnd", respectively (If the entire expression is
1201 // evaluated to a constant, the Res is set to NULL); otherwise, false is
1202 // returned, and both "Res" and "ConstOpnd" remain unchanged.
1203 bool ReassociatePass::CombineXorOpnd(Instruction *I, XorOpnd *Opnd1,
1204                                      XorOpnd *Opnd2, APInt &ConstOpnd,
1205                                      Value *&Res) {
1206   Value *X = Opnd1->getSymbolicPart();
1207   if (X != Opnd2->getSymbolicPart())
1208     return false;
1209
1210   // This many instruction become dead.(At least "Opnd1 ^ Opnd2" will die.)
1211   int DeadInstNum = 1;
1212   if (Opnd1->getValue()->hasOneUse())
1213     DeadInstNum++;
1214   if (Opnd2->getValue()->hasOneUse())
1215     DeadInstNum++;
1216
1217   // Xor-Rule 2:
1218   //  (x | c1) ^ (x & c2)
1219   //   = (x|c1) ^ (x&c2) ^ (c1 ^ c1) = ((x|c1) ^ c1) ^ (x & c2) ^ c1
1220   //   = (x & ~c1) ^ (x & c2) ^ c1               // Xor-Rule 1
1221   //   = (x & c3) ^ c1, where c3 = ~c1 ^ c2      // Xor-rule 3
1222   //
1223   if (Opnd1->isOrExpr() != Opnd2->isOrExpr()) {
1224     if (Opnd2->isOrExpr())
1225       std::swap(Opnd1, Opnd2);
1226
1227     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1228     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1229     APInt C3((~C1) ^ C2);
1230
1231     // Do not increase code size!
1232     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1233       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1234       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1235         return false;
1236     }
1237
1238     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1239     ConstOpnd ^= C1;
1240   } else if (Opnd1->isOrExpr()) {
1241     // Xor-Rule 3: (x | c1) ^ (x | c2) = (x & c3) ^ c3 where c3 = c1 ^ c2
1242     //
1243     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1244     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1245     APInt C3 = C1 ^ C2;
1246     
1247     // Do not increase code size
1248     if (!C3.isNullValue() && !C3.isAllOnesValue()) {
1249       int NewInstNum = ConstOpnd.getBoolValue() ? 1 : 2;
1250       if (NewInstNum > DeadInstNum)
1251         return false;
1252     }
1253
1254     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1255     ConstOpnd ^= C3;
1256   } else {
1257     // Xor-Rule 4: (x & c1) ^ (x & c2) = (x & (c1^c2))
1258     //
1259     const APInt &C1 = Opnd1->getConstPart();
1260     const APInt &C2 = Opnd2->getConstPart();
1261     APInt C3 = C1 ^ C2;
1262     Res = createAndInstr(I, X, C3);
1263   }
1264
1265   // Put the original operands in the Redo list; hope they will be deleted
1266   // as dead code.
1267   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd1->getValue()))
1268     RedoInsts.insert(T);
1269   if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(Opnd2->getValue()))
1270     RedoInsts.insert(T);
1271
1272   return true;
1273 }
1274
1275 /// Optimize a series of operands to an 'xor' instruction. If it can be reduced
1276 /// to a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
1277 /// necessary.
1278 Value *ReassociatePass::OptimizeXor(Instruction *I,
1279                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1280   if (Value *V = OptimizeAndOrXor(Instruction::Xor, Ops))
1281     return V;
1282       
1283   if (Ops.size() == 1)
1284     return nullptr;
1285
1286   SmallVector<XorOpnd, 8> Opnds;
1287   SmallVector<XorOpnd*, 8> OpndPtrs;
1288   Type *Ty = Ops[0].Op->getType();
1289   APInt ConstOpnd(Ty->getScalarSizeInBits(), 0);
1290
1291   // Step 1: Convert ValueEntry to XorOpnd
1292   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1293     Value *V = Ops[i].Op;
1294     const APInt *C;
1295     // TODO: Support non-splat vectors.
1296     if (match(V, PatternMatch::m_APInt(C))) {
1297       ConstOpnd ^= *C;
1298     } else {
1299       XorOpnd O(V);
1300       O.setSymbolicRank(getRank(O.getSymbolicPart()));
1301       Opnds.push_back(O);
1302     }
1303   }
1304
1305   // NOTE: From this point on, do *NOT* add/delete element to/from "Opnds".
1306   //  It would otherwise invalidate the "Opnds"'s iterator, and hence invalidate
1307   //  the "OpndPtrs" as well. For the similar reason, do not fuse this loop
1308   //  with the previous loop --- the iterator of the "Opnds" may be invalidated
1309   //  when new elements are added to the vector.
1310   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i != e; ++i)
1311     OpndPtrs.push_back(&Opnds[i]);
1312
1313   // Step 2: Sort the Xor-Operands in a way such that the operands containing
1314   //  the same symbolic value cluster together. For instance, the input operand
1315   //  sequence ("x | 123", "y & 456", "x & 789") will be sorted into:
1316   //  ("x | 123", "x & 789", "y & 456").
1317   //
1318   //  The purpose is twofold:
1319   //  1) Cluster together the operands sharing the same symbolic-value.
1320   //  2) Operand having smaller symbolic-value-rank is permuted earlier, which
1321   //     could potentially shorten crital path, and expose more loop-invariants.
1322   //     Note that values' rank are basically defined in RPO order (FIXME).
1323   //     So, if Rank(X) < Rank(Y) < Rank(Z), it means X is defined earlier
1324   //     than Y which is defined earlier than Z. Permute "x | 1", "Y & 2",
1325   //     "z" in the order of X-Y-Z is better than any other orders.
1326   std::stable_sort(OpndPtrs.begin(), OpndPtrs.end(),
1327                    [](XorOpnd *LHS, XorOpnd *RHS) {
1328     return LHS->getSymbolicRank() < RHS->getSymbolicRank();
1329   });
1330
1331   // Step 3: Combine adjacent operands
1332   XorOpnd *PrevOpnd = nullptr;
1333   bool Changed = false;
1334   for (unsigned i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1335     XorOpnd *CurrOpnd = OpndPtrs[i];
1336     // The combined value
1337     Value *CV;
1338
1339     // Step 3.1: Try simplifying "CurrOpnd ^ ConstOpnd"
1340     if (!ConstOpnd.isNullValue() &&
1341         CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1342       Changed = true;
1343       if (CV)
1344         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1345       else {
1346         CurrOpnd->Invalidate();
1347         continue;
1348       }
1349     }
1350
1351     if (!PrevOpnd || CurrOpnd->getSymbolicPart() != PrevOpnd->getSymbolicPart()) {
1352       PrevOpnd = CurrOpnd;
1353       continue;
1354     }
1355
1356     // step 3.2: When previous and current operands share the same symbolic
1357     //  value, try to simplify "PrevOpnd ^ CurrOpnd ^ ConstOpnd" 
1358     if (CombineXorOpnd(I, CurrOpnd, PrevOpnd, ConstOpnd, CV)) {
1359       // Remove previous operand
1360       PrevOpnd->Invalidate();
1361       if (CV) {
1362         *CurrOpnd = XorOpnd(CV);
1363         PrevOpnd = CurrOpnd;
1364       } else {
1365         CurrOpnd->Invalidate();
1366         PrevOpnd = nullptr;
1367       }
1368       Changed = true;
1369     }
1370   }
1371
1372   // Step 4: Reassemble the Ops
1373   if (Changed) {
1374     Ops.clear();
1375     for (unsigned int i = 0, e = Opnds.size(); i < e; i++) {
1376       XorOpnd &O = Opnds[i];
1377       if (O.isInvalid())
1378         continue;
1379       ValueEntry VE(getRank(O.getValue()), O.getValue());
1380       Ops.push_back(VE);
1381     }
1382     if (!ConstOpnd.isNullValue()) {
1383       Value *C = ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
1384       ValueEntry VE(getRank(C), C);
1385       Ops.push_back(VE);
1386     }
1387     unsigned Sz = Ops.size();
1388     if (Sz == 1)
1389       return Ops.back().Op;
1390     if (Sz == 0) {
1391       assert(ConstOpnd.isNullValue());
1392       return ConstantInt::get(Ty, ConstOpnd);
1393     }
1394   }
1395
1396   return nullptr;
1397 }
1398
1399 /// Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1400 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1401 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1402 Value *ReassociatePass::OptimizeAdd(Instruction *I,
1403                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1404   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1405   // can simplify expressions like X+-X == 0 and X+~X ==-1.  While we're at it,
1406   // scan for any
1407   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1408
1409   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1410     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1411     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1412     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1413     // that these need to be next to each other in the vector.
1414     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1415       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1416       unsigned NumFound = 0;
1417       do {
1418         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1419         ++NumFound;
1420       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1421
1422       DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1423       ++NumFactor;
1424
1425       // Insert a new multiply.
1426       Type *Ty = TheOp->getType();
1427       Constant *C = Ty->isIntOrIntVectorTy() ?
1428         ConstantInt::get(Ty, NumFound) : ConstantFP::get(Ty, NumFound);
1429       Instruction *Mul = CreateMul(TheOp, C, "factor", I, I);
1430
1431       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1432       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1433       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1434       RedoInsts.insert(Mul);
1435
1436       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1437       if (Ops.empty())
1438         return Mul;
1439
1440       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1441       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1442       // things being added by this operation.
1443       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1444
1445       --i;
1446       e = Ops.size();
1447       continue;
1448     }
1449
1450     // Check for X and -X or X and ~X in the operand list.
1451     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp) && !BinaryOperator::isFNeg(TheOp) &&
1452         !BinaryOperator::isNot(TheOp))
1453       continue;
1454
1455     Value *X = nullptr;
1456     if (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp))
1457       X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1458     else if (BinaryOperator::isNot(TheOp))
1459       X = BinaryOperator::getNotArgument(TheOp);
1460
1461     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1462     if (FoundX == i)
1463       continue;
1464
1465     // Remove X and -X from the operand list.
1466     if (Ops.size() == 2 &&
1467         (BinaryOperator::isNeg(TheOp) || BinaryOperator::isFNeg(TheOp)))
1468       return Constant::getNullValue(X->getType());
1469
1470     // Remove X and ~X from the operand list.
1471     if (Ops.size() == 2 && BinaryOperator::isNot(TheOp))
1472       return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1473
1474     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1475     if (i < FoundX)
1476       --FoundX;
1477     else
1478       --i;   // Need to back up an extra one.
1479     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1480     ++NumAnnihil;
1481     --i;     // Revisit element.
1482     e -= 2;  // Removed two elements.
1483
1484     // if X and ~X we append -1 to the operand list.
1485     if (BinaryOperator::isNot(TheOp)) {
1486       Value *V = Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1487       Ops.insert(Ops.end(), ValueEntry(getRank(V), V));
1488       e += 1;
1489     }
1490   }
1491
1492   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1493   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1494   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1495   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1496   // for any ADD operands that are MULs.
1497   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1498
1499   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1500   // where they are actually the same multiply.
1501   unsigned MaxOcc = 0;
1502   Value *MaxOccVal = nullptr;
1503   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1504     BinaryOperator *BOp =
1505         isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1506     if (!BOp)
1507       continue;
1508
1509     // Compute all of the factors of this added value.
1510     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1511     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors);
1512     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1513
1514     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1515     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1516     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1517       Value *Factor = Factors[i];
1518       if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1519         continue;
1520
1521       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1522       if (Occ > MaxOcc) {
1523         MaxOcc = Occ;
1524         MaxOccVal = Factor;
1525       }
1526
1527       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1528       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1529       // cannot be positivified.
1530       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor)) {
1531         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1532           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1533           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1534             continue;
1535           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1536           if (Occ > MaxOcc) {
1537             MaxOcc = Occ;
1538             MaxOccVal = Factor;
1539           }
1540         }
1541       } else if (ConstantFP *CF = dyn_cast<ConstantFP>(Factor)) {
1542         if (CF->isNegative()) {
1543           APFloat F(CF->getValueAPF());
1544           F.changeSign();
1545           Factor = ConstantFP::get(CF->getContext(), F);
1546           if (!Duplicates.insert(Factor).second)
1547             continue;
1548           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1549           if (Occ > MaxOcc) {
1550             MaxOcc = Occ;
1551             MaxOccVal = Factor;
1552           }
1553         }
1554       }
1555     }
1556   }
1557
1558   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1559   if (MaxOcc > 1) {
1560     DEBUG(dbgs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1561     ++NumFactor;
1562
1563     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1564     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1565     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1566     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1567     Instruction *DummyInst =
1568         I->getType()->isIntOrIntVectorTy()
1569             ? BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal)
1570             : BinaryOperator::CreateFAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1571
1572     SmallVector<WeakTrackingVH, 4> NewMulOps;
1573     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1574       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1575       BinaryOperator *BOp =
1576           isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul, Instruction::FMul);
1577       if (!BOp)
1578         continue;
1579
1580       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1581         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1582         // one fell swoop.
1583         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1584           --j;
1585           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1586             NewMulOps.push_back(V);
1587             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1588           }
1589         }
1590         --i;
1591       }
1592     }
1593
1594     // No need for extra uses anymore.
1595     DummyInst->deleteValue();
1596
1597     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1598     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1599
1600     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1601     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1602     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1603     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1604     (void)NumAddedValues;
1605     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1606       RedoInsts.insert(VI);
1607
1608     // Create the multiply.
1609     Instruction *V2 = CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I, I);
1610
1611     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1612     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1613     RedoInsts.insert(V2);
1614
1615     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1616     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1617     if (Ops.empty())
1618       return V2;
1619
1620     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1621     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1622     // things being added by this operation.
1623     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1624   }
1625
1626   return nullptr;
1627 }
1628
1629 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1630 ///
1631 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1632 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1633 /// the order of descending power.
1634 ///
1635 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1636 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1637 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1638 ///
1639 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1640 static bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1641                                    SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1642   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1643   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1644   unsigned FactorPowerSum = 0;
1645   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1646     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1647
1648     // Count the number of occurrences of this value.
1649     unsigned Count = 1;
1650     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1651       ++Count;
1652     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1653     if (Count > 1)
1654       FactorPowerSum += Count;
1655   }
1656
1657   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1658   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1659   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1660   // trying to simplify already minimal formations.
1661   if (FactorPowerSum < 4)
1662     return false;
1663
1664   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1665   FactorPowerSum = 0;
1666   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1667     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1668
1669     // Count the number of occurrences of this value.
1670     unsigned Count = 1;
1671     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1672       ++Count;
1673     if (Count == 1)
1674       continue;
1675     // Move an even number of occurrences to Factors.
1676     Count &= ~1U;
1677     Idx -= Count;
1678     FactorPowerSum += Count;
1679     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1680     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1681   }
1682
1683   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1684   // below our mininum of '4'.
1685   assert(FactorPowerSum >= 4);
1686
1687   std::stable_sort(Factors.begin(), Factors.end(),
1688                    [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1689     return LHS.Power > RHS.Power;
1690   });
1691   return true;
1692 }
1693
1694 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1695 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1696                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1697   if (Ops.size() == 1)
1698     return Ops.back();
1699
1700   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1701   do {
1702     if (LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy())
1703       LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1704     else
1705       LHS = Builder.CreateFMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1706   } while (!Ops.empty());
1707
1708   return LHS;
1709 }
1710
1711 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1712 ///
1713 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1714 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1715 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1716 /// value.
1717 Value *
1718 ReassociatePass::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1719                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1720   assert(Factors[0].Power);
1721   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1722   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1723        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1724     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1725       LastIdx = Idx;
1726       continue;
1727     }
1728
1729     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1730     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1731     // for that.
1732     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1733     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1734     do {
1735       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1736       ++Idx;
1737     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1738
1739     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1740     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1741     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1742     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1743       RedoInsts.insert(MI);
1744
1745     LastIdx = Idx;
1746   }
1747   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1748   // base.
1749   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1750                             [](const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
1751                               return LHS.Power == RHS.Power;
1752                             }),
1753                 Factors.end());
1754
1755   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1756   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1757   // expression.
1758   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1759     if (Factors[Idx].Power & 1)
1760       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1761     Factors[Idx].Power >>= 1;
1762   }
1763   if (Factors[0].Power) {
1764     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1765     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1766     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1767   }
1768   if (OuterProduct.size() == 1)
1769     return OuterProduct.front();
1770
1771   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1772   return V;
1773 }
1774
1775 Value *ReassociatePass::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1776                                     SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1777   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1778   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1779   if (Ops.size() < 4)
1780     return nullptr;
1781
1782   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1783   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1784   // re-use.
1785   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1786   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1787     return nullptr; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1788
1789   IRBuilder<> Builder(I);
1790   // The reassociate transformation for FP operations is performed only
1791   // if unsafe algebra is permitted by FastMathFlags. Propagate those flags
1792   // to the newly generated operations.
1793   if (auto FPI = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1794     Builder.setFastMathFlags(FPI->getFastMathFlags());
1795
1796   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1797   if (Ops.empty())
1798     return V;
1799
1800   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1801   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1802   return nullptr;
1803 }
1804
1805 Value *ReassociatePass::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1806                                            SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1807   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1808   // Start by folding any constants that we found.
1809   Constant *Cst = nullptr;
1810   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1811   while (!Ops.empty() && isa<Constant>(Ops.back().Op)) {
1812     Constant *C = cast<Constant>(Ops.pop_back_val().Op);
1813     Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, C, Cst) : C;
1814   }
1815   // If there was nothing but constants then we are done.
1816   if (Ops.empty())
1817     return Cst;
1818
1819   // Put the combined constant back at the end of the operand list, except if
1820   // there is no point.  For example, an add of 0 gets dropped here, while a
1821   // multiplication by zero turns the whole expression into zero.
1822   if (Cst && Cst != ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType())) {
1823     if (Cst == ConstantExpr::getBinOpAbsorber(Opcode, I->getType()))
1824       return Cst;
1825     Ops.push_back(ValueEntry(0, Cst));
1826   }
1827
1828   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1829
1830   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1831   // argument list here.
1832   unsigned NumOps = Ops.size();
1833   switch (Opcode) {
1834   default: break;
1835   case Instruction::And:
1836   case Instruction::Or:
1837     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1838       return Result;
1839     break;
1840
1841   case Instruction::Xor:
1842     if (Value *Result = OptimizeXor(I, Ops))
1843       return Result;
1844     break;
1845
1846   case Instruction::Add:
1847   case Instruction::FAdd:
1848     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1849       return Result;
1850     break;
1851
1852   case Instruction::Mul:
1853   case Instruction::FMul:
1854     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1855       return Result;
1856     break;
1857   }
1858
1859   if (Ops.size() != NumOps)
1860     return OptimizeExpression(I, Ops);
1861   return nullptr;
1862 }
1863
1864 // Remove dead instructions and if any operands are trivially dead add them to
1865 // Insts so they will be removed as well.
1866 void ReassociatePass::RecursivelyEraseDeadInsts(
1867     Instruction *I, SetVector<AssertingVH<Instruction>> &Insts) {
1868   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1869   SmallVector<Value *, 4> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1870   ValueRankMap.erase(I);
1871   Insts.remove(I);
1872   RedoInsts.remove(I);
1873   I->eraseFromParent();
1874   for (auto Op : Ops)
1875     if (Instruction *OpInst = dyn_cast<Instruction>(Op))
1876       if (OpInst->use_empty())
1877         Insts.insert(OpInst);
1878 }
1879
1880 /// Zap the given instruction, adding interesting operands to the work list.
1881 void ReassociatePass::EraseInst(Instruction *I) {
1882   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1883   DEBUG(dbgs() << "Erasing dead inst: "; I->dump());
1884
1885   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1886   // Erase the dead instruction.
1887   ValueRankMap.erase(I);
1888   RedoInsts.remove(I);
1889   I->eraseFromParent();
1890   // Optimize its operands.
1891   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited; // Detect self-referential nodes.
1892   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1893     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1894       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1895       // and add that since that's where optimization actually happens.
1896       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1897       while (Op->hasOneUse() && Op->user_back()->getOpcode() == Opcode &&
1898              Visited.insert(Op).second)
1899         Op = Op->user_back();
1900       RedoInsts.insert(Op);
1901     }
1902
1903   MadeChange = true;
1904 }
1905
1906 // Canonicalize expressions of the following form:
1907 //  x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y)
1908 //  x - (-Constant * y) -> x + (Constant * y)
1909 Instruction *ReassociatePass::canonicalizeNegConstExpr(Instruction *I) {
1910   if (!I->hasOneUse() || I->getType()->isVectorTy())
1911     return nullptr;
1912
1913   // Must be a fmul or fdiv instruction.
1914   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1915   if (Opcode != Instruction::FMul && Opcode != Instruction::FDiv)
1916     return nullptr;
1917
1918   auto *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
1919   auto *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
1920
1921   // Both operands are constant, let it get constant folded away.
1922   if (C0 && C1)
1923     return nullptr;
1924
1925   ConstantFP *CF = C0 ? C0 : C1;
1926
1927   // Must have one constant operand.
1928   if (!CF)
1929     return nullptr;
1930
1931   // Must be a negative ConstantFP.
1932   if (!CF->isNegative())
1933     return nullptr;
1934
1935   // User must be a binary operator with one or more uses.
1936   Instruction *User = I->user_back();
1937   if (!isa<BinaryOperator>(User) || User->use_empty())
1938     return nullptr;
1939
1940   unsigned UserOpcode = User->getOpcode();
1941   if (UserOpcode != Instruction::FAdd && UserOpcode != Instruction::FSub)
1942     return nullptr;
1943
1944   // Subtraction is not commutative. Explicitly, the following transform is
1945   // not valid: (-Constant * y) - x  -> x + (Constant * y)
1946   if (!User->isCommutative() && User->getOperand(1) != I)
1947     return nullptr;
1948
1949   // Don't canonicalize x + (-Constant * y) -> x - (Constant * y), if the
1950   // resulting subtract will be broken up later.  This can get us into an
1951   // infinite loop during reassociation.
1952   if (UserOpcode == Instruction::FAdd && ShouldBreakUpSubtract(User))
1953     return nullptr;
1954
1955   // Change the sign of the constant.
1956   APFloat Val = CF->getValueAPF();
1957   Val.changeSign();
1958   I->setOperand(C0 ? 0 : 1, ConstantFP::get(CF->getContext(), Val));
1959
1960   // Canonicalize I to RHS to simplify the next bit of logic. E.g.,
1961   // ((-Const*y) + x) -> (x + (-Const*y)).
1962   if (User->getOperand(0) == I && User->isCommutative())
1963     cast<BinaryOperator>(User)->swapOperands();
1964
1965   Value *Op0 = User->getOperand(0);
1966   Value *Op1 = User->getOperand(1);
1967   BinaryOperator *NI;
1968   switch (UserOpcode) {
1969   default:
1970     llvm_unreachable("Unexpected Opcode!");
1971   case Instruction::FAdd:
1972     NI = BinaryOperator::CreateFSub(Op0, Op1);
1973     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1974     break;
1975   case Instruction::FSub:
1976     NI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, Op1);
1977     NI->setFastMathFlags(cast<FPMathOperator>(User)->getFastMathFlags());
1978     break;
1979   }
1980
1981   NI->insertBefore(User);
1982   NI->setName(User->getName());
1983   User->replaceAllUsesWith(NI);
1984   NI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1985   RedoInsts.insert(I);
1986   MadeChange = true;
1987   return NI;
1988 }
1989
1990 /// Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1991 /// instructions is not allowed.
1992 void ReassociatePass::OptimizeInst(Instruction *I) {
1993   // Only consider operations that we understand.
1994   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1995     return;
1996
1997   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1998     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1999     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
2000     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
2001         (I->hasOneUse() &&
2002          (isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul) ||
2003           isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Add)))) {
2004       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
2005       RedoInsts.insert(I);
2006       MadeChange = true;
2007       I = NI;
2008     }
2009
2010   // Canonicalize negative constants out of expressions.
2011   if (Instruction *Res = canonicalizeNegConstExpr(I))
2012     I = Res;
2013
2014   // Commute binary operators, to canonicalize the order of their operands.
2015   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing other
2016   // transformations simpler.
2017   if (I->isCommutative())
2018     canonicalizeOperands(I);
2019
2020   // Don't optimize floating point instructions that don't have unsafe algebra.
2021   if (I->getType()->isFPOrFPVectorTy() && !I->hasUnsafeAlgebra())
2022     return;
2023
2024   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
2025   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
2026   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
2027   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
2028   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
2029   // optimized for the most likely conditions.
2030   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
2031     return;
2032
2033   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
2034   // see if we can convert it to X+-Y.
2035   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
2036     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2037       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2038       RedoInsts.insert(I);
2039       MadeChange = true;
2040       I = NI;
2041     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
2042       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2043       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2044       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
2045           (!I->hasOneUse() ||
2046            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::Mul))) {
2047         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2048         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2049         // reassociate further.
2050         for (User *U : NI->users()) {
2051           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2052             RedoInsts.insert(Tmp);
2053         }
2054         RedoInsts.insert(I);
2055         MadeChange = true;
2056         I = NI;
2057       }
2058     }
2059   } else if (I->getOpcode() == Instruction::FSub) {
2060     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
2061       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I, RedoInsts);
2062       RedoInsts.insert(I);
2063       MadeChange = true;
2064       I = NI;
2065     } else if (BinaryOperator::isFNeg(I)) {
2066       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
2067       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
2068       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::FMul) &&
2069           (!I->hasOneUse() ||
2070            !isReassociableOp(I->user_back(), Instruction::FMul))) {
2071         // If the negate was simplified, revisit the users to see if we can
2072         // reassociate further.
2073         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
2074         for (User *U : NI->users()) {
2075           if (BinaryOperator *Tmp = dyn_cast<BinaryOperator>(U))
2076             RedoInsts.insert(Tmp);
2077         }
2078         RedoInsts.insert(I);
2079         MadeChange = true;
2080         I = NI;
2081       }
2082     }
2083   }
2084
2085   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
2086   if (!I->isAssociative()) return;
2087   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
2088
2089   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
2090   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
2091   unsigned Opcode = BO->getOpcode();
2092   if (BO->hasOneUse() && BO->user_back()->getOpcode() == Opcode) {
2093     // During the initial run we will get to the root of the tree.
2094     // But if we get here while we are redoing instructions, there is no
2095     // guarantee that the root will be visited. So Redo later
2096     if (BO->user_back() != BO &&
2097         BO->getParent() == BO->user_back()->getParent())
2098       RedoInsts.insert(BO->user_back());
2099     return;
2100   }
2101
2102   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
2103   // until we process the subtract.
2104   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
2105       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
2106     return;
2107   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
2108       cast<Instruction>(BO->user_back())->getOpcode() == Instruction::FSub)
2109     return;
2110
2111   ReassociateExpression(BO);
2112 }
2113
2114 void ReassociatePass::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
2115   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
2116   // operand information.
2117   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
2118   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
2119   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
2120   Ops.reserve(Tree.size());
2121   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
2122     RepeatedValue E = Tree[i];
2123     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
2124                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
2125   }
2126
2127   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2128
2129   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
2130   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
2131   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
2132   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
2133   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
2134   // the vector.
2135   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
2136
2137   // Now that we have the expression tree in a convenient
2138   // sorted form, optimize it globally if possible.
2139   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
2140     if (V == I)
2141       // Self-referential expression in unreachable code.
2142       return;
2143     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2144     // eliminate it.
2145     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
2146     I->replaceAllUsesWith(V);
2147     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
2148       if (I->getDebugLoc())
2149         VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2150     RedoInsts.insert(I);
2151     ++NumAnnihil;
2152     return;
2153   }
2154
2155   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
2156   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
2157   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
2158   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
2159   if (I->hasOneUse()) {
2160     if (I->getOpcode() == Instruction::Mul &&
2161         cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
2162         isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
2163         cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isMinusOne()) {
2164       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2165       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2166     } else if (I->getOpcode() == Instruction::FMul &&
2167                cast<Instruction>(I->user_back())->getOpcode() ==
2168                    Instruction::FAdd &&
2169                isa<ConstantFP>(Ops.back().Op) &&
2170                cast<ConstantFP>(Ops.back().Op)->isExactlyValue(-1.0)) {
2171       ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
2172       Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
2173     }
2174   }
2175
2176   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
2177
2178   if (Ops.size() == 1) {
2179     if (Ops[0].Op == I)
2180       // Self-referential expression in unreachable code.
2181       return;
2182
2183     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
2184     // eliminate it.
2185     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
2186     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
2187       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2188     RedoInsts.insert(I);
2189     return;
2190   }
2191
2192   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
2193   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
2194   RewriteExprTree(I, Ops);
2195 }
2196
2197 PreservedAnalyses ReassociatePass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &) {
2198   // Get the functions basic blocks in Reverse Post Order. This order is used by
2199   // BuildRankMap to pre calculate ranks correctly. It also excludes dead basic
2200   // blocks (it has been seen that the analysis in this pass could hang when
2201   // analysing dead basic blocks).
2202   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2203
2204   // Calculate the rank map for F.
2205   BuildRankMap(F, RPOT);
2206
2207   MadeChange = false;
2208   // Traverse the same blocks that was analysed by BuildRankMap.
2209   for (BasicBlock *BI : RPOT) {
2210     assert(RankMap.count(&*BI) && "BB should be ranked.");
2211     // Optimize every instruction in the basic block.
2212     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE;)
2213       if (isInstructionTriviallyDead(&*II)) {
2214         EraseInst(&*II++);
2215       } else {
2216         OptimizeInst(&*II);
2217         assert(II->getParent() == &*BI && "Moved to a different block!");
2218         ++II;
2219       }
2220
2221     // Make a copy of all the instructions to be redone so we can remove dead
2222     // instructions.
2223     SetVector<AssertingVH<Instruction>> ToRedo(RedoInsts);
2224     // Iterate over all instructions to be reevaluated and remove trivially dead
2225     // instructions. If any operand of the trivially dead instruction becomes
2226     // dead mark it for deletion as well. Continue this process until all
2227     // trivially dead instructions have been removed.
2228     while (!ToRedo.empty()) {
2229       Instruction *I = ToRedo.pop_back_val();
2230       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2231         RecursivelyEraseDeadInsts(I, ToRedo);
2232         MadeChange = true;
2233       }
2234     }
2235
2236     // Now that we have removed dead instructions, we can reoptimize the
2237     // remaining instructions.
2238     while (!RedoInsts.empty()) {
2239       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
2240       if (isInstructionTriviallyDead(I))
2241         EraseInst(I);
2242       else
2243         OptimizeInst(I);
2244     }
2245   }
2246
2247   // We are done with the rank map.
2248   RankMap.clear();
2249   ValueRankMap.clear();
2250
2251   if (MadeChange) {
2252     PreservedAnalyses PA;
2253     PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
2254     PA.preserve<GlobalsAA>();
2255     return PA;
2256   }
2257
2258   return PreservedAnalyses::all();
2259 }
2260
2261 namespace {
2262
2263   class ReassociateLegacyPass : public FunctionPass {
2264     ReassociatePass Impl;
2265
2266   public:
2267     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2268
2269     ReassociateLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
2270       initializeReassociateLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2271     }
2272
2273     bool runOnFunction(Function &F) override {
2274       if (skipFunction(F))
2275         return false;
2276
2277       FunctionAnalysisManager DummyFAM;
2278       auto PA = Impl.run(F, DummyFAM);
2279       return !PA.areAllPreserved();
2280     }
2281
2282     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2283       AU.setPreservesCFG();
2284       AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2285     }
2286   };
2287
2288 } // end anonymous namespace
2289
2290 char ReassociateLegacyPass::ID = 0;
2291
2292 INITIALIZE_PASS(ReassociateLegacyPass, "reassociate",
2293                 "Reassociate expressions", false, false)
2294
2295 // Public interface to the Reassociate pass
2296 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() {
2297   return new ReassociateLegacyPass();
2298 }