lib/Analysis/ValueTracking.cpp

   1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
  11 // computations have.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/Constants.h"
  18 #include "llvm/Instructions.h"
  19 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  20 #include "llvm/GlobalAlias.h"
  21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  22 #include "llvm/LLVMContext.h"
  23 #include "llvm/Operator.h"
  24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  25 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  26 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  27 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  29 #include <cstring>
  30 using namespace llvm;
  31 using namespace llvm::PatternMatch;
  32
  33 const unsigned MaxDepth = 6;
  34
  35 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
  36 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
  37 static unsigned getBitWidth(const Type *Ty, const TargetData *TD) {
  38   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
  39     return BitWidth;
  40   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Expected a pointer type!");
  41   return TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 0;
  42 }
  43
  44 /// ComputeMaskedBits - Determine which of the bits specified in Mask are
  45 /// known to be either zero or one and return them in the KnownZero/KnownOne
  46 /// bit sets.  This code only analyzes bits in Mask, in order to short-circuit
  47 /// processing.
  48 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
  49 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
  50 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
  51 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
  52 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
  53 /// this won't lose us code quality.
  54 ///
  55 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
  56 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
  57 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
  58 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
  59 /// for all of the elements in the vector.
  60 void llvm::ComputeMaskedBits(Value *V, const APInt &Mask,
  61                              APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
  62                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
  63   assert(V && "No Value?");
  64   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
  65   unsigned BitWidth = Mask.getBitWidth();
  66   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() || V->getType()->isPointerTy())
  67          && "Not integer or pointer type!");
  68   assert((!TD ||
  69           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
  70          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
  71           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
  72          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
  73          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
  74          "V, Mask, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
  75
  76   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
  77     // We know all of the bits for a constant!
  78     KnownOne = CI->getValue() & Mask;
  79     KnownZero = ~KnownOne & Mask;
  80     return;
  81   }
  82   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
  83   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
  84       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
  85     KnownOne.clearAllBits();
  86     KnownZero = Mask;
  87     return;
  88   }
  89   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
  90   // each element.
  91   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(V)) {
  92     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
  93     for (unsigned i = 0, e = CV->getNumOperands(); i != e; ++i) {
  94       APInt KnownZero2(BitWidth, 0), KnownOne2(BitWidth, 0);
  95       ComputeMaskedBits(CV->getOperand(i), Mask, KnownZero2, KnownOne2,
  96                         TD, Depth);
  97       KnownZero &= KnownZero2;
  98       KnownOne &= KnownOne2;
  99     }
 100     return;
 101   }
 102   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
 103   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
 104     unsigned Align = GV->getAlignment();
 105     if (Align == 0 && TD && GV->getType()->getElementType()->isSized()) {
 106       const Type *ObjectType = GV->getType()->getElementType();
 107       // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
 108       // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
 109       // may only have the minimum ABI alignment.
 110       if (!GV->isDeclaration() && !GV->mayBeOverridden())
 111         Align = TD->getPrefTypeAlignment(ObjectType);
 112       else
 113         Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
 114     }
 115     if (Align > 0)
 116       KnownZero = Mask & APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 117                                               CountTrailingZeros_32(Align));
 118     else
 119       KnownZero.clearAllBits();
 120     KnownOne.clearAllBits();
 121     return;
 122   }
 123   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
 124   // the bits of its aliasee.
 125   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
 126     if (GA->mayBeOverridden()) {
 127       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
 128     } else {
 129       ComputeMaskedBits(GA->getAliasee(), Mask, KnownZero, KnownOne,
 130                         TD, Depth+1);
 131     }
 132     return;
 133   }
 134
 135   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();   // Start out not knowing anything.
 136
 137   if (Depth == MaxDepth || Mask == 0)
 138     return;  // Limit search depth.
 139
 140   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
 141   if (!I) return;
 142
 143   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
 144   switch (I->getOpcode()) {
 145   default: break;
 146   case Instruction::And: {
 147     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
 148     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
 149     APInt Mask2(Mask & ~KnownZero);
 150     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 151                       Depth+1);
 152     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 153     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 154
 155     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
 156     KnownOne &= KnownOne2;
 157     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
 158     KnownZero |= KnownZero2;
 159     return;
 160   }
 161   case Instruction::Or: {
 162     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
 163     APInt Mask2(Mask & ~KnownOne);
 164     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 165                       Depth+1);
 166     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 167     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 168
 169     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
 170     KnownZero &= KnownZero2;
 171     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
 172     KnownOne |= KnownOne2;
 173     return;
 174   }
 175   case Instruction::Xor: {
 176     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
 177     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 178                       Depth+1);
 179     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 180     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 181
 182     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
 183     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
 184     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
 185     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
 186     KnownZero = KnownZeroOut;
 187     return;
 188   }
 189   case Instruction::Mul: {
 190     APInt Mask2 = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 191     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,Depth+1);
 192     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 193                       Depth+1);
 194     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 195     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 196
 197     // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
 198     // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
 199     // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
 200     // interesting case of alignment computation.
 201     KnownOne.clearAllBits();
 202     unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
 203                       KnownZero2.countTrailingOnes();
 204     unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
 205                                KnownZero2.countLeadingOnes(),
 206                                BitWidth) - BitWidth;
 207
 208     TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
 209     LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
 210     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
 211                 APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
 212     KnownZero &= Mask;
 213     return;
 214   }
 215   case Instruction::UDiv: {
 216     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
 217     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
 218     // be less than the denominator.
 219     APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 220     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0),
 221                       AllOnes, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
 222     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
 223
 224     KnownOne2.clearAllBits();
 225     KnownZero2.clearAllBits();
 226     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1),
 227                       AllOnes, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
 228     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
 229     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
 230       LeadZ = std::min(BitWidth,
 231                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
 232
 233     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ) & Mask;
 234     return;
 235   }
 236   case Instruction::Select:
 237     ComputeMaskedBits(I->getOperand(2), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
 238     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 239                       Depth+1);
 240     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 241     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 242
 243     // Only known if known in both the LHS and RHS.
 244     KnownOne &= KnownOne2;
 245     KnownZero &= KnownZero2;
 246     return;
 247   case Instruction::FPTrunc:
 248   case Instruction::FPExt:
 249   case Instruction::FPToUI:
 250   case Instruction::FPToSI:
 251   case Instruction::SIToFP:
 252   case Instruction::UIToFP:
 253     return; // Can't work with floating point.
 254   case Instruction::PtrToInt:
 255   case Instruction::IntToPtr:
 256     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
 257     if (!TD) return;
 258     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
 259   case Instruction::ZExt:
 260   case Instruction::Trunc: {
 261     const Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
 262
 263     unsigned SrcBitWidth;
 264     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
 265     // which fall through here.
 266     if (SrcTy->isPointerTy())
 267       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy);
 268     else
 269       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
 270
 271     APInt MaskIn = Mask.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
 272     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
 273     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
 274     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), MaskIn, KnownZero, KnownOne, TD,
 275                       Depth+1);
 276     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
 277     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
 278     // Any top bits are known to be zero.
 279     if (BitWidth > SrcBitWidth)
 280       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
 281     return;
 282   }
 283   case Instruction::BitCast: {
 284     const Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
 285     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
 286         // TODO: For now, not handling conversions like:
 287         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
 288         !I->getType()->isVectorTy()) {
 289       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask, KnownZero, KnownOne, TD,
 290                         Depth+1);
 291       return;
 292     }
 293     break;
 294   }
 295   case Instruction::SExt: {
 296     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
 297     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
 298
 299     APInt MaskIn = Mask.trunc(SrcBitWidth);
 300     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
 301     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
 302     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), MaskIn, KnownZero, KnownOne, TD,
 303                       Depth+1);
 304     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 305     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
 306     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
 307
 308     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
 309     // top bits of the result.
 310     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
 311       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
 312     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
 313       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
 314     return;
 315   }
 316   case Instruction::Shl:
 317     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
 318     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 319       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
 320       APInt Mask2(Mask.lshr(ShiftAmt));
 321       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
 322                         Depth+1);
 323       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 324       KnownZero <<= ShiftAmt;
 325       KnownOne  <<= ShiftAmt;
 326       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
 327       return;
 328     }
 329     break;
 330   case Instruction::LShr:
 331     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
 332     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 333       // Compute the new bits that are at the top now.
 334       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
 335
 336       // Unsigned shift right.
 337       APInt Mask2(Mask.shl(ShiftAmt));
 338       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero,KnownOne, TD,
 339                         Depth+1);
 340       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 341       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
 342       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
 343       // high bits known zero.
 344       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
 345       return;
 346     }
 347     break;
 348   case Instruction::AShr:
 349     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
 350     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 351       // Compute the new bits that are at the top now.
 352       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
 353
 354       // Signed shift right.
 355       APInt Mask2(Mask.shl(ShiftAmt));
 356       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
 357                         Depth+1);
 358       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 359       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
 360       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
 361
 362       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
 363       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
 364         KnownZero |= HighBits;
 365       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
 366         KnownOne |= HighBits;
 367       return;
 368     }
 369     break;
 370   case Instruction::Sub: {
 371     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(0))) {
 372       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
 373       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
 374       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
 375       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
 376         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
 377         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
 378         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
 379         ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), MaskV, KnownZero2, KnownOne2,
 380                           TD, Depth+1);
 381
 382         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
 383         // output top bits are zero, because we now know that the output is
 384         // from [0-C].
 385         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
 386           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
 387           // Top bits known zero.
 388           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2) & Mask;
 389         }
 390       }
 391     }
 392   }
 393   // fall through
 394   case Instruction::Add: {
 395     // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
 396     // other operand has in those bit positions will be preserved in the
 397     // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
 398     // this only works if the known zeros are in the right operand.
 399     APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
 400     APInt Mask2 = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 401                                        BitWidth - Mask.countLeadingZeros());
 402     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
 403                       Depth+1);
 404     assert((LHSKnownZero & LHSKnownOne) == 0 &&
 405            "Bits known to be one AND zero?");
 406     unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
 407
 408     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 409                       Depth+1);
 410     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 411     unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
 412
 413     // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
 414     // many bits from the other operand.
 415     if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
 416       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
 417         APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
 418         KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
 419         KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
 420       } else {
 421         // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
 422         // fall back to the minimum known zeros in both operands.
 423         KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 424                                           std::min(LHSKnownZeroOut,
 425                                                    RHSKnownZeroOut));
 426       }
 427     } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
 428       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
 429       KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
 430       KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
 431     }
 432     return;
 433   }
 434   case Instruction::SRem:
 435     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 436       APInt RA = Rem->getValue().abs();
 437       if (RA.isPowerOf2()) {
 438         APInt LowBits = RA - 1;
 439         APInt Mask2 = LowBits | APInt::getSignBit(BitWidth);
 440         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
 441                           Depth+1);
 442
 443         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
 444         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
 445         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
 446
 447         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
 448         // the upper bits are all zero.
 449         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
 450           KnownZero |= ~LowBits;
 451
 452         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
 453         // the upper bits are all one.
 454         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
 455           KnownOne |= ~LowBits;
 456
 457         KnownZero &= Mask;
 458         KnownOne &= Mask;
 459
 460         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 461       }
 462     }
 463     break;
 464   case Instruction::URem: {
 465     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 466       APInt RA = Rem->getValue();
 467       if (RA.isPowerOf2()) {
 468         APInt LowBits = (RA - 1);
 469         APInt Mask2 = LowBits & Mask;
 470         KnownZero |= ~LowBits & Mask;
 471         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
 472                           Depth+1);
 473         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 474         break;
 475       }
 476     }
 477
 478     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
 479     // zero bits in either operand must also exist in the result.
 480     APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 481     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne,
 482                       TD, Depth+1);
 483     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), AllOnes, KnownZero2, KnownOne2,
 484                       TD, Depth+1);
 485
 486     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
 487                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
 488     KnownOne.clearAllBits();
 489     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders) & Mask;
 490     break;
 491   }
 492
 493   case Instruction::Alloca: {
 494     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
 495     unsigned Align = AI->getAlignment();
 496     if (Align == 0 && TD)
 497       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
 498
 499     if (Align > 0)
 500       KnownZero = Mask & APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 501                                               CountTrailingZeros_32(Align));
 502     break;
 503   }
 504   case Instruction::GetElementPtr: {
 505     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
 506     // to determine if we can prove known low zero bits.
 507     APInt LocalMask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 508     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
 509     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LocalMask,
 510                       LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
 511     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
 512
 513     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
 514     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
 515       Value *Index = I->getOperand(i);
 516       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 517         // Handle struct member offset arithmetic.
 518         if (!TD) return;
 519         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
 520         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
 521         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
 522         TrailZ = std::min(TrailZ,
 523                           CountTrailingZeros_64(Offset));
 524       } else {
 525         // Handle array index arithmetic.
 526         const Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
 527         if (!IndexedTy->isSized()) return;
 528         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
 529         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
 530         LocalMask = APInt::getAllOnesValue(GEPOpiBits);
 531         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
 532         ComputeMaskedBits(Index, LocalMask,
 533                           LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
 534         TrailZ = std::min(TrailZ,
 535                           unsigned(CountTrailingZeros_64(TypeSize) +
 536                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
 537       }
 538     }
 539
 540     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) & Mask;
 541     break;
 542   }
 543   case Instruction::PHI: {
 544     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
 545     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
 546     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
 547     // this is sufficient to catch some interesting cases.
 548     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
 549       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
 550         Value *L = P->getIncomingValue(i);
 551         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
 552         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
 553         if (!LU)
 554           continue;
 555         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
 556         // Check for operations that have the property that if
 557         // both their operands have low zero bits, the result
 558         // will have low zero bits.
 559         if (Opcode == Instruction::Add ||
 560             Opcode == Instruction::Sub ||
 561             Opcode == Instruction::And ||
 562             Opcode == Instruction::Or ||
 563             Opcode == Instruction::Mul) {
 564           Value *LL = LU->getOperand(0);
 565           Value *LR = LU->getOperand(1);
 566           // Find a recurrence.
 567           if (LL == I)
 568             L = LR;
 569           else if (LR == I)
 570             L = LL;
 571           else
 572             break;
 573           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
 574           // zero bits.
 575           APInt Mask2 = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 576           ComputeMaskedBits(R, Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
 577           Mask2 = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 578                                        KnownZero2.countTrailingOnes());
 579
 580           // We need to take the minimum number of known bits
 581           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
 582           ComputeMaskedBits(L, Mask2, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
 583
 584           KnownZero = Mask &
 585                       APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
 586                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
 587                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
 588           break;
 589         }
 590       }
 591     }
 592
 593     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
 594     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
 595     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
 596       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 597       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
 598       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 599         // Skip direct self references.
 600         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
 601
 602         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
 603         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
 604         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
 605         // want to waste time spinning around in loops.
 606         ComputeMaskedBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero | KnownOne,
 607                           KnownZero2, KnownOne2, TD, MaxDepth-1);
 608         KnownZero &= KnownZero2;
 609         KnownOne &= KnownOne2;
 610         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
 611         // more operands.
 612         if (!KnownZero && !KnownOne)
 613           break;
 614       }
 615     }
 616     break;
 617   }
 618   case Instruction::Call:
 619     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
 620       switch (II->getIntrinsicID()) {
 621       default: break;
 622       case Intrinsic::ctpop:
 623       case Intrinsic::ctlz:
 624       case Intrinsic::cttz: {
 625         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
 626         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
 627         break;
 628       }
 629       }
 630     }
 631     break;
 632   }
 633 }
 634
 635 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
 636 /// one.  Convenience wrapper around ComputeMaskedBits.
 637 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
 638                           const TargetData *TD, unsigned Depth) {
 639   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
 640   if (!BitWidth) {
 641     KnownZero = false;
 642     KnownOne = false;
 643     return;
 644   }
 645   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
 646   APInt OneBits(BitWidth, 0);
 647   ComputeMaskedBits(V, APInt::getSignBit(BitWidth), ZeroBits, OneBits, TD,
 648                     Depth);
 649   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
 650   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
 651 }
 652
 653 /// isPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
 654 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
 655 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
 656 /// types and vectors of integers.
 657 bool llvm::isPowerOfTwo(Value *V, const TargetData *TD, unsigned Depth) {
 658   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
 659     return CI->getValue().countPopulation() == 1;
 660   // TODO: Handle vector constants.
 661
 662   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
 663   // it is shifted off the end then the result is undefined.
 664   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
 665     return true;
 666
 667   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
 668   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
 669   ConstantInt *CI;
 670   if (match(V, m_LShr(m_ConstantInt(CI), m_Value())) &&
 671       CI->getValue().isSignBit())
 672     return true;
 673
 674   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
 675   if (Depth++ == MaxDepth)
 676     return false;
 677
 678   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
 679     return isPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), TD, Depth);
 680
 681   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
 682     return isPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
 683       isPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), TD, Depth);
 684
 685   return false;
 686 }
 687
 688 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
 689 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
 690 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
 691 /// vectors of integers.
 692 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const TargetData *TD, unsigned Depth) {
 693   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 694     if (C->isNullValue())
 695       return false;
 696     if (isa<ConstantInt>(C))
 697       // Must be non-zero due to null test above.
 698       return true;
 699     // TODO: Handle vectors
 700     return false;
 701   }
 702
 703   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
 704   if (Depth++ == MaxDepth)
 705     return false;
 706
 707   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
 708
 709   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
 710   Value *X = 0, *Y = 0;
 711   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
 712     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
 713
 714   // ext X != 0 if X != 0.
 715   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
 716     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
 717
 718   // shl X, A != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
 719   // if the lowest bit is shifted off the end.
 720   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
 721     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
 722     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
 723     ComputeMaskedBits(V, APInt(BitWidth, 1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
 724     if (KnownOne[0])
 725       return true;
 726   }
 727   // shr X, A != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
 728   // defined if the sign bit is shifted off the end.
 729   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
 730     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
 731     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
 732     if (XKnownNegative)
 733       return true;
 734   }
 735   // X + Y.
 736   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
 737     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
 738     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
 739     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
 740     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
 741
 742     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
 743     // zero unless both X and Y are zero.
 744     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
 745       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
 746         return true;
 747
 748     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
 749     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
 750     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
 751       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
 752       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
 753       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
 754       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
 755       // to INT_MIN.
 756       ComputeMaskedBits(X, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
 757       if ((KnownOne & Mask) != 0)
 758         return true;
 759       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
 760       // to INT_MIN.
 761       ComputeMaskedBits(Y, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
 762       if ((KnownOne & Mask) != 0)
 763         return true;
 764     }
 765
 766     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
 767     if (XKnownNonNegative && isPowerOfTwo(Y, TD, Depth))
 768       return true;
 769     if (YKnownNonNegative && isPowerOfTwo(X, TD, Depth))
 770       return true;
 771   }
 772   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
 773   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
 774     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
 775         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
 776       return true;
 777   }
 778
 779   if (!BitWidth) return false;
 780   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
 781   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
 782   ComputeMaskedBits(V, APInt::getAllOnesValue(BitWidth), KnownZero, KnownOne,
 783                     TD, Depth);
 784   return KnownOne != 0;
 785 }
 786
 787 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
 788 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
 789 /// for bits that V cannot have.
 790 ///
 791 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
 792 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
 793 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
 794 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
 795 /// for all of the elements in the vector.
 796 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
 797                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
 798   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
 799   ComputeMaskedBits(V, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
 800   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
 801   return (KnownZero & Mask) == Mask;
 802 }
 803
 804
 805
 806 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
 807 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
 808 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
 809 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
 810 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
 811 ///
 812 /// 'Op' must have a scalar integer type.
 813 ///
 814 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const TargetData *TD,
 815                                   unsigned Depth) {
 816   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
 817          "ComputeNumSignBits requires a TargetData object to operate "
 818          "on non-integer values!");
 819   const Type *Ty = V->getType();
 820   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
 821                          Ty->getScalarSizeInBits();
 822   unsigned Tmp, Tmp2;
 823   unsigned FirstAnswer = 1;
 824
 825   // Note that ConstantInt is handled by the general ComputeMaskedBits case
 826   // below.
 827
 828   if (Depth == 6)
 829     return 1;  // Limit search depth.
 830
 831   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
 832   switch (Operator::getOpcode(V)) {
 833   default: break;
 834   case Instruction::SExt:
 835     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
 836     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
 837
 838   case Instruction::AShr:
 839     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
 840     // ashr X, C   -> adds C sign bits.
 841     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
 842       Tmp += C->getZExtValue();
 843       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
 844     }
 845     // vector ashr X, <C, C, C, C>  -> adds C sign bits
 846     if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(U->getOperand(1))) {
 847       if (ConstantInt *CI = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(C->getSplatValue())) {
 848         Tmp += CI->getZExtValue();
 849         if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
 850       }
 851     }
 852     return Tmp;
 853   case Instruction::Shl:
 854     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1))) {
 855       // shl destroys sign bits.
 856       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
 857       if (C->getZExtValue() >= TyBits ||      // Bad shift.
 858           C->getZExtValue() >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
 859       return Tmp - C->getZExtValue();
 860     }
 861     break;
 862   case Instruction::And:
 863   case Instruction::Or:
 864   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
 865     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
 866     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
 867     if (Tmp != 1) {
 868       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
 869       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
 870       // We computed what we know about the sign bits as our first
 871       // answer. Now proceed to the generic code that uses
 872       // ComputeMaskedBits, and pick whichever answer is better.
 873     }
 874     break;
 875
 876   case Instruction::Select:
 877     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
 878     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
 879     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
 880     return std::min(Tmp, Tmp2);
 881
 882   case Instruction::Add:
 883     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
 884     // is, at worst, one more bit than the inputs.
 885     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
 886     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
 887
 888     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
 889     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
 890       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
 891         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
 892         APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
 893         ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), Mask, KnownZero, KnownOne, TD,
 894                           Depth+1);
 895
 896         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
 897         // sign bits set.
 898         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)) == Mask)
 899           return TyBits;
 900
 901         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
 902         // out of the result.
 903         if (KnownZero.isNegative())
 904           return Tmp;
 905       }
 906
 907     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
 908     if (Tmp2 == 1) return 1;
 909     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
 910
 911   case Instruction::Sub:
 912     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
 913     if (Tmp2 == 1) return 1;
 914
 915     // Handle NEG.
 916     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
 917       if (CLHS->isNullValue()) {
 918         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
 919         APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
 920         ComputeMaskedBits(U->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne,
 921                           TD, Depth+1);
 922         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
 923         // sign bits set.
 924         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)) == Mask)
 925           return TyBits;
 926
 927         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
 928         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
 929         if (KnownZero.isNegative())
 930           return Tmp2;
 931
 932         // Otherwise, we treat this like a SUB.
 933       }
 934
 935     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
 936     // is, at worst, one more bit than the inputs.
 937     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
 938     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
 939     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
 940
 941   case Instruction::PHI: {
 942     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
 943     // Don't analyze large in-degree PHIs.
 944     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
 945
 946     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
 947     // because of our depth threshold.
 948     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
 949     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 950       if (Tmp == 1) return Tmp;
 951       Tmp = std::min(Tmp,
 952                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
 953     }
 954     return Tmp;
 955   }
 956
 957   case Instruction::Trunc:
 958     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
 959     // case for targets like X86.
 960     break;
 961   }
 962
 963   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
 964   // use this information.
 965   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
 966   APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
 967   ComputeMaskedBits(V, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
 968
 969   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
 970     Mask = KnownZero;
 971   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
 972     Mask = KnownOne;
 973   } else {
 974     // Nothing known.
 975     return FirstAnswer;
 976   }
 977
 978   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
 979   // the number of identical bits in the top of the input value.
 980   Mask = ~Mask;
 981   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
 982   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
 983   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
 984   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
 985 }
 986
 987 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
 988 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
 989 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
 990 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
 991 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
 992                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
 993   const unsigned MaxDepth = 6;
 994
 995   assert(V && "No Value?");
 996   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
 997   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
 998
 999   const Type *T = V->getType();
1000
1001   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1002
1003   if (Base == 0)
1004     return false;
1005
1006   if (Base == 1) {
1007     Multiple = V;
1008     return true;
1009   }
1010
1011   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1012   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1013   if (CO && CO == BaseVal) {
1014     // Multiple is 1.
1015     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1016     return true;
1017   }
1018
1019   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1020     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1021     return true;
1022   }
1023
1024   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1025
1026   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1027   if (!I) return false;
1028
1029   switch (I->getOpcode()) {
1030   default: break;
1031   case Instruction::SExt:
1032     if (!LookThroughSExt) return false;
1033     // otherwise fall through to ZExt
1034   case Instruction::ZExt:
1035     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1036                            LookThroughSExt, Depth+1);
1037   case Instruction::Shl:
1038   case Instruction::Mul: {
1039     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1040     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1041
1042     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1043       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1044       if (!Op1CI) return false;
1045       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1046       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1047       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1048       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1049       API.setBit(BitToSet);
1050       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1051     }
1052
1053     Value *Mul0 = NULL;
1054     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1055       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1056         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1057           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1058               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1059             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1060           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1061               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1062             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1063
1064           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1065           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1066           return true;
1067         }
1068
1069       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1070         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1071           // V == Base * Op1, so return Op1
1072           Multiple = Op1;
1073           return true;
1074         }
1075     }
1076
1077     Value *Mul1 = NULL;
1078     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1079       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1080         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1081           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1082               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1083             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1084           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1085               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1086             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1087
1088           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1089           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1090           return true;
1091         }
1092
1093       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1094         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1095           // V == Base * Op0, so return Op0
1096           Multiple = Op0;
1097           return true;
1098         }
1099     }
1100   }
1101   }
1102
1103   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1104   return false;
1105 }
1106
1107 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP
1108 /// value is never equal to -0.0.
1109 ///
1110 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1111 /// rounding modes!
1112 ///
1113 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1114   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1115     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1116
1117   if (Depth == 6)
1118     return 1;  // Limit search depth.
1119
1120   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1121   if (I == 0) return false;
1122
1123   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1124   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
1125       isa<ConstantFP>(I->getOperand(1)) &&
1126       cast<ConstantFP>(I->getOperand(1))->isNullValue())
1127     return true;
1128
1129   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1130   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1131     return true;
1132
1133   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1134     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1135     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1136       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1137
1138   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1139     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1140       if (F->isDeclaration()) {
1141         // abs(x) != -0.0
1142         if (F->getName() == "abs") return true;
1143         // fabs[lf](x) != -0.0
1144         if (F->getName() == "fabs") return true;
1145         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1146         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1147         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1148             F->getName() == "sqrtl")
1149           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1150       }
1151     }
1152
1153   return false;
1154 }
1155
1156 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1157 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1158 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1159 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1160 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1161 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1162   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1163   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1164
1165   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1166   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
1167   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1168     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1169       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1170     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1171       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1172     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1173   }
1174
1175   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
1176   // multiple of 8 bits.
1177   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1178     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1179     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1180       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1181       // same at all levels.
1182       APInt Val = CI->getValue();
1183       APInt Val2;
1184       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1185         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1186         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1187         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1188         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1189
1190         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1191         if (Val != Val2)
1192           return 0;
1193       }
1194       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1195     }
1196   }
1197
1198   // A ConstantArray is splatable if all its members are equal and also
1199   // splatable.
1200   if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(V)) {
1201     if (CA->getNumOperands() == 0)
1202       return 0;
1203
1204     Value *Val = isBytewiseValue(CA->getOperand(0));
1205     if (!Val)
1206       return 0;
1207
1208     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumOperands(); I != E; ++I)
1209       if (CA->getOperand(I-1) != CA->getOperand(I))
1210         return 0;
1211
1212     return Val;
1213   }
1214
1215   // Conceptually, we could handle things like:
1216   //   %a = zext i8 %X to i16
1217   //   %b = shl i16 %a, 8
1218   //   %c = or i16 %a, %b
1219   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1220   // worth worrying about.
1221   return 0;
1222 }
1223
1224
1225 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1226 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1227 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1228 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1229 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1230 // build on that.
1231 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, const Type *IndexedType,
1232                                 SmallVector<unsigned, 10> &Idxs,
1233                                 unsigned IdxSkip,
1234                                 Instruction *InsertBefore) {
1235   const llvm::StructType *STy = llvm::dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1236   if (STy) {
1237     // Save the original To argument so we can modify it
1238     Value *OrigTo = To;
1239     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1240     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1241       // Process each struct element recursively
1242       Idxs.push_back(i);
1243       Value *PrevTo = To;
1244       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1245                              InsertBefore);
1246       Idxs.pop_back();
1247       if (!To) {
1248         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1249         while (PrevTo != OrigTo) {
1250           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1251           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1252           Del->eraseFromParent();
1253         }
1254         // Stop processing elements
1255         break;
1256       }
1257     }
1258     // If we succesfully found a value for each of our subaggregates
1259     if (To)
1260       return To;
1261   }
1262   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1263   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1264   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1265   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1266
1267   // Find the value that is at that particular spot
1268   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs.begin(), Idxs.end());
1269
1270   if (!V)
1271     return NULL;
1272
1273   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1274   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, Idxs.begin() + IdxSkip,
1275                                        Idxs.end(), "tmp", InsertBefore);
1276 }
1277
1278 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1279 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1280 // { a, { b, { c, d }, e } }
1281 // and the indices "1, 1" this returns
1282 // { c, d }.
1283 //
1284 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1285 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1286 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1287 // insertvalue instruction somewhere).
1288 //
1289 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1290 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, const unsigned *idx_begin,
1291                                 const unsigned *idx_end,
1292                                 Instruction *InsertBefore) {
1293   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1294   const Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1295                                                              idx_begin,
1296                                                              idx_end);
1297   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1298   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_begin, idx_end);
1299   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1300
1301   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1302 }
1303
1304 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1305 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1306 /// were inserted directly into the aggregrate.
1307 ///
1308 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1309 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1310 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, const unsigned *idx_begin,
1311                          const unsigned *idx_end, Instruction *InsertBefore) {
1312   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1313   // recursion)
1314   if (idx_begin == idx_end)
1315     return V;
1316   // We have indices, so V should have an indexable type
1317   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy())
1318          && "Not looking at a struct or array?");
1319   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_begin, idx_end)
1320          && "Invalid indices for type?");
1321   const CompositeType *PTy = cast<CompositeType>(V->getType());
1322
1323   if (isa<UndefValue>(V))
1324     return UndefValue::get(ExtractValueInst::getIndexedType(PTy,
1325                                                               idx_begin,
1326                                                               idx_end));
1327   else if (isa<ConstantAggregateZero>(V))
1328     return Constant::getNullValue(ExtractValueInst::getIndexedType(PTy,
1329                                                                   idx_begin,
1330                                                                   idx_end));
1331   else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1332     if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C))
1333       // Recursively process this constant
1334       return FindInsertedValue(C->getOperand(*idx_begin), idx_begin + 1,
1335                                idx_end, InsertBefore);
1336   } else if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1337     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1338     // requested indices
1339     const unsigned *req_idx = idx_begin;
1340     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1341          i != e; ++i, ++req_idx) {
1342       if (req_idx == idx_end) {
1343         if (InsertBefore)
1344           // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1345           // this specially. For example,
1346           // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1347           // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1348           // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1349           // This can be changed into
1350           // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1351           // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1352           // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1353           // removed.
1354           return BuildSubAggregate(V, idx_begin, req_idx, InsertBefore);
1355         else
1356           // We can't handle this without inserting insertvalues
1357           return 0;
1358       }
1359
1360       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1361       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1362       // looking for, then.
1363       if (*req_idx != *i)
1364         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_begin, idx_end,
1365                                  InsertBefore);
1366     }
1367     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1368     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1369     // the inserted value, passing any remaining indices.
1370     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(), req_idx, idx_end,
1371                              InsertBefore);
1372   } else if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1373     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1374     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1375     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1376
1377     // Calculate the number of indices required
1378     unsigned size = I->getNumIndices() + (idx_end - idx_begin);
1379     // Allocate some space to put the new indices in
1380     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1381     Idxs.reserve(size);
1382     // Add indices from the extract value instruction
1383     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1384          i != e; ++i)
1385       Idxs.push_back(*i);
1386
1387     // Add requested indices
1388     for (const unsigned *i = idx_begin, *e = idx_end; i != e; ++i)
1389       Idxs.push_back(*i);
1390
1391     assert(Idxs.size() == size
1392            && "Number of indices added not correct?");
1393
1394     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs.begin(), Idxs.end(),
1395                              InsertBefore);
1396   }
1397   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1398   // or load instruction)
1399   return 0;
1400 }
1401
1402 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1403 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1404 /// base and offset to the caller.
1405 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1406                                               const TargetData &TD) {
1407   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
1408   if (PtrOp == 0) return Ptr;
1409
1410   // Just look through bitcasts.
1411   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
1412     return GetPointerBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
1413
1414   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
1415   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
1416   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
1417
1418   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1419   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
1420        ++I, ++GTI) {
1421     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
1422     if (OpC->isZero()) continue;
1423
1424     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
1425     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1426       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
1427     } else {
1428       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
1429       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
1430     }
1431   }
1432
1433   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
1434   // right.
1435   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
1436   if (PtrSize < 64)
1437     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
1438
1439   return GetPointerBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
1440 }
1441
1442
1443 /// GetConstantStringInfo - This function computes the length of a
1444 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1445 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1446 bool llvm::GetConstantStringInfo(const Value *V, std::string &Str,
1447                                  uint64_t Offset,
1448                                  bool StopAtNul) {
1449   // If V is NULL then return false;
1450   if (V == NULL) return false;
1451
1452   // Look through bitcast instructions.
1453   if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V))
1454     return GetConstantStringInfo(BCI->getOperand(0), Str, Offset, StopAtNul);
1455
1456   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1457   // GEP instruction, then return false because ConstantArray can't occur
1458   // any other way
1459   const User *GEP = 0;
1460   if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
1461     GEP = GEPI;
1462   } else if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
1463     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
1464       return GetConstantStringInfo(CE->getOperand(0), Str, Offset, StopAtNul);
1465     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
1466       return false;
1467     GEP = CE;
1468   }
1469
1470   if (GEP) {
1471     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1472     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1473       return false;
1474
1475     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1476     const PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1477     const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1478     if (AT == 0 || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1479       return false;
1480
1481     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1482     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1483     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1484     if (FirstIdx == 0 || !FirstIdx->isZero())
1485       return false;
1486
1487     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1488     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1489     // the string.
1490     uint64_t StartIdx = 0;
1491     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1492       StartIdx = CI->getZExtValue();
1493     else
1494       return false;
1495     return GetConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset,
1496                                  StopAtNul);
1497   }
1498
1499   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1500   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1501   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1502   const GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1503   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1504     return false;
1505   const Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
1506
1507   // Handle the ConstantAggregateZero case
1508   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit)) {
1509     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1510     // length of the string must be zero.
1511     Str.clear();
1512     return true;
1513   }
1514
1515   // Must be a Constant Array
1516   const ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
1517   if (Array == 0 || !Array->getType()->getElementType()->isIntegerTy(8))
1518     return false;
1519
1520   // Get the number of elements in the array
1521   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
1522
1523   if (Offset > NumElts)
1524     return false;
1525
1526   // Traverse the constant array from 'Offset' which is the place the GEP refers
1527   // to in the array.
1528   Str.reserve(NumElts-Offset);
1529   for (unsigned i = Offset; i != NumElts; ++i) {
1530     const Constant *Elt = Array->getOperand(i);
1531     const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
1532     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
1533       return false;
1534     if (StopAtNul && CI->isZero())
1535       return true; // we found end of string, success!
1536     Str += (char)CI->getZExtValue();
1537   }
1538
1539   // The array isn't null terminated, but maybe this is a memcpy, not a strcpy.
1540   return true;
1541 }
1542
1543 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1544 // nodes.
1545 // TODO: See if we can integrate these two together.
1546
1547 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1548 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1549 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1550   // Look through noop bitcast instructions.
1551   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V))
1552     return GetStringLengthH(BCI->getOperand(0), PHIs);
1553
1554   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1555   // or we haven't.
1556   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1557     if (!PHIs.insert(PN))
1558       return ~0ULL;  // already in the set.
1559
1560     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1561     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1562     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1563       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1564       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1565
1566       if (Len == ~0ULL) continue;
1567
1568       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1569         return 0;    // Disagree -> unknown.
1570       LenSoFar = Len;
1571     }
1572
1573     // Success, all agree.
1574     return LenSoFar;
1575   }
1576
1577   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1578   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1579     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1580     if (Len1 == 0) return 0;
1581     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1582     if (Len2 == 0) return 0;
1583     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1584     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1585     if (Len1 != Len2) return 0;
1586     return Len1;
1587   }
1588
1589   // If the value is not a GEP instruction nor a constant expression with a
1590   // GEP instruction, then return unknown.
1591   User *GEP = 0;
1592   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
1593     GEP = GEPI;
1594   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
1595     if (CE->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr)
1596       return 0;
1597     GEP = CE;
1598   } else {
1599     return 0;
1600   }
1601
1602   // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1603   if (GEP->getNumOperands() != 3)
1604     return 0;
1605
1606   // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1607   // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1608   if (ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))) {
1609     if (!Idx->isZero())
1610       return 0;
1611   } else
1612     return 0;
1613
1614   // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1615   // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1616   // the string.
1617   uint64_t StartIdx = 0;
1618   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1619     StartIdx = CI->getZExtValue();
1620   else
1621     return 0;
1622
1623   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1624   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1625   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1626   GlobalVariable* GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0));
1627   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasInitializer() ||
1628       GV->mayBeOverridden())
1629     return 0;
1630   Constant *GlobalInit = GV->getInitializer();
1631
1632   // Handle the ConstantAggregateZero case, which is a degenerate case. The
1633   // initializer is constant zero so the length of the string must be zero.
1634   if (isa<ConstantAggregateZero>(GlobalInit))
1635     return 1;  // Len = 0 offset by 1.
1636
1637   // Must be a Constant Array
1638   ConstantArray *Array = dyn_cast<ConstantArray>(GlobalInit);
1639   if (!Array || !Array->getType()->getElementType()->isIntegerTy(8))
1640     return false;
1641
1642   // Get the number of elements in the array
1643   uint64_t NumElts = Array->getType()->getNumElements();
1644
1645   // Traverse the constant array from StartIdx (derived above) which is
1646   // the place the GEP refers to in the array.
1647   for (unsigned i = StartIdx; i != NumElts; ++i) {
1648     Constant *Elt = Array->getOperand(i);
1649     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Elt);
1650     if (!CI) // This array isn't suitable, non-int initializer.
1651       return 0;
1652     if (CI->isZero())
1653       return i-StartIdx+1; // We found end of string, success!
1654   }
1655
1656   return 0; // The array isn't null terminated, conservatively return 'unknown'.
1657 }
1658
1659 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1660 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1661 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1662   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1663
1664   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1665   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1666   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1667   // an empty string as a length.
1668   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1669 }
1670
1671 Value *
1672 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const TargetData *TD, unsigned MaxLookup) {
1673   if (!V->getType()->isPointerTy())
1674     return V;
1675   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1676     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1677       V = GEP->getPointerOperand();
1678     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1679       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1680     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1681       if (GA->mayBeOverridden())
1682         return V;
1683       V = GA->getAliasee();
1684     } else {
1685       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1686       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1687         // TODO: Aquire a DominatorTree and use it.
1688         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, 0)) {
1689           V = Simplified;
1690           continue;
1691         }
1692
1693       return V;
1694     }
1695     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1696   }
1697   return V;
1698 }