84a6346f759137fbe00ce394f209888014210850
[oota-llvm.git] / 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/ADT/SmallPtrSet.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/IR/Constants.h"
19 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
20 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
21 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
22 #include "llvm/IR/Instructions.h"
23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
25 #include "llvm/IR/Metadata.h"
26 #include "llvm/IR/Operator.h"
27 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
28 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
29 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
30 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
31 #include <cstring>
32 using namespace llvm;
33 using namespace llvm::PatternMatch;
34
35 const unsigned MaxDepth = 6;
36
37 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
38 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
39 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
40   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
41     return BitWidth;
42   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Expected a pointer type!");
43   return TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 0;
44 }
45
46 static void ComputeMaskedBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
47                                     APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
48                                     APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
49                                     const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
50   if (!Add) {
51     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
52       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
53       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
54       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
55       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
56         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
57         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
58         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
59         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
60         llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
61
62         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
63         // output top bits are zero, because we now know that the output is
64         // from [0-C].
65         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
66           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
67           // Top bits known zero.
68           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
69         }
70       }
71     }
72   }
73
74   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
75
76   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
77   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
78   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
79   // this only works if the known zeros are in the right operand.
80   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
81   llvm::ComputeMaskedBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
82   assert((LHSKnownZero & LHSKnownOne) == 0 &&
83          "Bits known to be one AND zero?");
84   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
85
86   llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
87   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
88   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
89
90   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
91   // many bits from the other operand.
92   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
93     if (Add) {
94       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
95       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
96       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
97     } else {
98       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
99       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
100       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
101                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
102                                                  RHSKnownZeroOut));
103     }
104   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
105     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
106     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
107     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
108   }
109
110   // Are we still trying to solve for the sign bit?
111   if (!KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
112     if (NSW) {
113       if (Add) {
114         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
115         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
116           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
117         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
118         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
119           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
120       } else {
121         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
122         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
123           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
124         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
125         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
126           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
127       }
128     }
129   }
130 }
131
132 static void ComputeMaskedBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
133                                  APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                                  APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
135                                  const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
136   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
137   ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
138   ComputeMaskedBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
139   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
140   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
141
142   bool isKnownNegative = false;
143   bool isKnownNonNegative = false;
144   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
145   if (NSW) {
146     if (Op0 == Op1) {
147       // The product of a number with itself is non-negative.
148       isKnownNonNegative = true;
149     } else {
150       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
151       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
152       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
153       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
154       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
155       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
156         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
157       // The product of a negative number and a non-negative number is either
158       // negative or zero.
159       if (!isKnownNonNegative)
160         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
161                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth)) ||
162                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
163                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
164     }
165   }
166
167   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
168   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
169   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
170   // interesting case of alignment computation.
171   KnownOne.clearAllBits();
172   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
173                     KnownZero2.countTrailingOnes();
174   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
175                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
176                              BitWidth) - BitWidth;
177
178   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
179   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
180   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
181               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
182
183   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
184   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
185   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
186   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
187   // whatever we like here.
188   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
189     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
190   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
191     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
192 }
193
194 void llvm::computeMaskedBitsLoad(const MDNode &Ranges, APInt &KnownZero) {
195   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
196   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
197   assert(NumRanges >= 1);
198
199   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
200   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
201   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
202     ConstantInt *Lower = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 0));
203     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 1));
204     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
205     if (Range.isWrappedSet())
206       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
207     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
208     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
209   }
210
211   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
212 }
213 /// ComputeMaskedBits - Determine which of the bits are known to be either zero
214 /// or one and return them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
215 ///
216 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
217 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
218 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
219 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
220 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
221 /// this won't lose us code quality.
222 ///
223 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
224 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
225 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
226 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
227 /// for all of the elements in the vector.
228 void llvm::ComputeMaskedBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
229                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
230   assert(V && "No Value?");
231   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
232   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
233
234   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
235           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
236          "Not integer or pointer type!");
237   assert((!TD ||
238           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
239          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
240           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
241          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
242          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
243          "V, Mask, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
244
245   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
246     // We know all of the bits for a constant!
247     KnownOne = CI->getValue();
248     KnownZero = ~KnownOne;
249     return;
250   }
251   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
252   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
253       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
254     KnownOne.clearAllBits();
255     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
256     return;
257   }
258   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
259   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
260   // we don't handle undef in any particularly useful way.
261   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
262     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
263     // each element.
264     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
265     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
266     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
267       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
268       KnownZero &= ~Elt;
269       KnownOne &= Elt;
270     }
271     return;
272   }
273
274   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
275   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
276     unsigned Align = GV->getAlignment();
277     if (Align == 0 && TD) {
278       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
279         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
280         if (ObjectType->isSized()) {
281           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
282           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
283           // may only have the minimum ABI alignment.
284           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
285             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
286           else
287             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
288         }
289       }
290     }
291     if (Align > 0)
292       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
293                                        countTrailingZeros(Align));
294     else
295       KnownZero.clearAllBits();
296     KnownOne.clearAllBits();
297     return;
298   }
299   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
300   // the bits of its aliasee.
301   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
302     if (GA->mayBeOverridden()) {
303       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
304     } else {
305       ComputeMaskedBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
306     }
307     return;
308   }
309
310   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
311     unsigned Align = 0;
312
313     if (A->hasByValAttr()) {
314       // Get alignment information off byval arguments if specified in the IR.
315       Align = A->getParamAlignment();
316     } else if (TD && A->hasStructRetAttr()) {
317       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
318       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
319       if (EltTy->isSized())
320         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
321     }
322
323     if (Align)
324       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
325     return;
326   }
327
328   // Start out not knowing anything.
329   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
330
331   if (Depth == MaxDepth)
332     return;  // Limit search depth.
333
334   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
335   if (!I) return;
336
337   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
338   switch (I->getOpcode()) {
339   default: break;
340   case Instruction::Load:
341     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
342       computeMaskedBitsLoad(*MD, KnownZero);
343     return;
344   case Instruction::And: {
345     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
346     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
347     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
348     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
349     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
350
351     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
352     KnownOne &= KnownOne2;
353     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
354     KnownZero |= KnownZero2;
355     return;
356   }
357   case Instruction::Or: {
358     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
359     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
360     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
361     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
362
363     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
364     KnownZero &= KnownZero2;
365     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
366     KnownOne |= KnownOne2;
367     return;
368   }
369   case Instruction::Xor: {
370     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
371     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
372     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
373     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
374
375     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
376     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
377     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
378     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
379     KnownZero = KnownZeroOut;
380     return;
381   }
382   case Instruction::Mul: {
383     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
384     ComputeMaskedBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
385                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
386     break;
387   }
388   case Instruction::UDiv: {
389     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
390     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
391     // be less than the denominator.
392     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
393     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
394
395     KnownOne2.clearAllBits();
396     KnownZero2.clearAllBits();
397     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
398     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
399     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
400       LeadZ = std::min(BitWidth,
401                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
402
403     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
404     return;
405   }
406   case Instruction::Select:
407     ComputeMaskedBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
408     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD,
409                       Depth+1);
410     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
411     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
412
413     // Only known if known in both the LHS and RHS.
414     KnownOne &= KnownOne2;
415     KnownZero &= KnownZero2;
416     return;
417   case Instruction::FPTrunc:
418   case Instruction::FPExt:
419   case Instruction::FPToUI:
420   case Instruction::FPToSI:
421   case Instruction::SIToFP:
422   case Instruction::UIToFP:
423     return; // Can't work with floating point.
424   case Instruction::PtrToInt:
425   case Instruction::IntToPtr:
426     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
427     if (!TD) return;
428     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
429   case Instruction::ZExt:
430   case Instruction::Trunc: {
431     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
432
433     unsigned SrcBitWidth;
434     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
435     // which fall through here.
436     if(TD) {
437       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
438     } else {
439       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
440       if (!SrcBitWidth) return;
441     }
442
443     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
444     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
445     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
446     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
447     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
448     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
449     // Any top bits are known to be zero.
450     if (BitWidth > SrcBitWidth)
451       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
452     return;
453   }
454   case Instruction::BitCast: {
455     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
456     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
457         // TODO: For now, not handling conversions like:
458         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
459         !I->getType()->isVectorTy()) {
460       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
461       return;
462     }
463     break;
464   }
465   case Instruction::SExt: {
466     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
467     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
468
469     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
470     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
471     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
472     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
473     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
474     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
475
476     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
477     // top bits of the result.
478     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
479       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
480     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
481       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
482     return;
483   }
484   case Instruction::Shl:
485     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
486     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
487       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
488       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
489       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
490       KnownZero <<= ShiftAmt;
491       KnownOne  <<= ShiftAmt;
492       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
493       return;
494     }
495     break;
496   case Instruction::LShr:
497     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
498     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
499       // Compute the new bits that are at the top now.
500       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
501
502       // Unsigned shift right.
503       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero,KnownOne, TD, Depth+1);
504       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
505       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
506       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
507       // high bits known zero.
508       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
509       return;
510     }
511     break;
512   case Instruction::AShr:
513     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
514     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
515       // Compute the new bits that are at the top now.
516       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
517
518       // Signed shift right.
519       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
520       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
521       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
522       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
523
524       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
525       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
526         KnownZero |= HighBits;
527       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
528         KnownOne |= HighBits;
529       return;
530     }
531     break;
532   case Instruction::Sub: {
533     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
534     ComputeMaskedBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
535                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
536                             Depth);
537     break;
538   }
539   case Instruction::Add: {
540     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
541     ComputeMaskedBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
542                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
543                             Depth);
544     break;
545   }
546   case Instruction::SRem:
547     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
548       APInt RA = Rem->getValue().abs();
549       if (RA.isPowerOf2()) {
550         APInt LowBits = RA - 1;
551         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
552
553         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
554         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
555         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
556
557         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
558         // the upper bits are all zero.
559         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
560           KnownZero |= ~LowBits;
561
562         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
563         // the upper bits are all one.
564         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
565           KnownOne |= ~LowBits;
566
567         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
568       }
569     }
570
571     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
572     // remainder is zero.
573     if (KnownZero.isNonNegative()) {
574       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
575       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
576                         Depth+1);
577       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
578       if (LHSKnownZero.isNegative())
579         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
580     }
581
582     break;
583   case Instruction::URem: {
584     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
585       APInt RA = Rem->getValue();
586       if (RA.isPowerOf2()) {
587         APInt LowBits = (RA - 1);
588         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
589                           Depth+1);
590         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
591         KnownZero |= ~LowBits;
592         KnownOne &= LowBits;
593         break;
594       }
595     }
596
597     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
598     // zero bits in either operand must also exist in the result.
599     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
600     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
601
602     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
603                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
604     KnownOne.clearAllBits();
605     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
606     break;
607   }
608
609   case Instruction::Alloca: {
610     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
611     unsigned Align = AI->getAlignment();
612     if (Align == 0 && TD)
613       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
614
615     if (Align > 0)
616       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
617     break;
618   }
619   case Instruction::GetElementPtr: {
620     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
621     // to determine if we can prove known low zero bits.
622     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
623     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
624                       Depth+1);
625     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
626
627     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
628     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
629       Value *Index = I->getOperand(i);
630       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
631         // Handle struct member offset arithmetic.
632         if (!TD) return;
633         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
634         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
635         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
636         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
637                                     countTrailingZeros(Offset));
638       } else {
639         // Handle array index arithmetic.
640         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
641         if (!IndexedTy->isSized()) return;
642         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
643         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
644         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
645         ComputeMaskedBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
646         TrailZ = std::min(TrailZ,
647                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
648                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
649       }
650     }
651
652     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
653     break;
654   }
655   case Instruction::PHI: {
656     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
657     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
658     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
659     // this is sufficient to catch some interesting cases.
660     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
661       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
662         Value *L = P->getIncomingValue(i);
663         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
664         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
665         if (!LU)
666           continue;
667         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
668         // Check for operations that have the property that if
669         // both their operands have low zero bits, the result
670         // will have low zero bits.
671         if (Opcode == Instruction::Add ||
672             Opcode == Instruction::Sub ||
673             Opcode == Instruction::And ||
674             Opcode == Instruction::Or ||
675             Opcode == Instruction::Mul) {
676           Value *LL = LU->getOperand(0);
677           Value *LR = LU->getOperand(1);
678           // Find a recurrence.
679           if (LL == I)
680             L = LR;
681           else if (LR == I)
682             L = LL;
683           else
684             break;
685           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
686           // zero bits.
687           ComputeMaskedBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
688
689           // We need to take the minimum number of known bits
690           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
691           ComputeMaskedBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
692
693           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
694                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
695                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
696           break;
697         }
698       }
699     }
700
701     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
702     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
703       return;
704
705     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
706     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
707     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
708       // Skip if every incoming value references to ourself.
709       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
710         break;
711
712       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
713       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
714       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
715         // Skip direct self references.
716         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
717
718         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
719         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
720         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
721         // want to waste time spinning around in loops.
722         ComputeMaskedBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
723                           MaxDepth-1);
724         KnownZero &= KnownZero2;
725         KnownOne &= KnownOne2;
726         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
727         // more operands.
728         if (!KnownZero && !KnownOne)
729           break;
730       }
731     }
732     break;
733   }
734   case Instruction::Call:
735     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
736       switch (II->getIntrinsicID()) {
737       default: break;
738       case Intrinsic::ctlz:
739       case Intrinsic::cttz: {
740         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
741         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
742         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
743           LowBits -= 1;
744         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
745         break;
746       }
747       case Intrinsic::ctpop: {
748         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
749         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
750         break;
751       }
752       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_8:
753       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
754         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(64, 32);
755         break;
756       }
757     }
758     break;
759   case Instruction::ExtractValue:
760     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
761       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
762       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
763       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
764         switch (II->getIntrinsicID()) {
765         default: break;
766         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
767         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
768           ComputeMaskedBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
769                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
770                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
771           break;
772         case Intrinsic::usub_with_overflow:
773         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
774           ComputeMaskedBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
775                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
776                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
777           break;
778         case Intrinsic::umul_with_overflow:
779         case Intrinsic::smul_with_overflow:
780           ComputeMaskedBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
781                                false, KnownZero, KnownOne,
782                                KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
783           break;
784         }
785       }
786     }
787   }
788 }
789
790 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
791 /// one.  Convenience wrapper around ComputeMaskedBits.
792 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
793                           const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
794   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
795   if (!BitWidth) {
796     KnownZero = false;
797     KnownOne = false;
798     return;
799   }
800   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
801   APInt OneBits(BitWidth, 0);
802   ComputeMaskedBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth);
803   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
804   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
805 }
806
807 /// isKnownToBeAPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
808 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
809 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
810 /// types and vectors of integers.
811 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth) {
812   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
813     if (C->isNullValue())
814       return OrZero;
815     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
816       return CI->getValue().isPowerOf2();
817     // TODO: Handle vector constants.
818   }
819
820   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
821   // it is shifted off the end then the result is undefined.
822   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
823     return true;
824
825   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
826   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
827   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
828     return true;
829
830   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
831   if (Depth++ == MaxDepth)
832     return false;
833
834   Value *X = 0, *Y = 0;
835   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
836   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
837                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
838     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth);
839
840   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
841     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth);
842
843   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
844     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth) &&
845       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth);
846
847   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
848     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
849     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth) ||
850         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth))
851       return true;
852     // X & (-X) is always a power of two or zero.
853     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
854       return true;
855     return false;
856   }
857
858   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y))))
859     if (OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V))
860       if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
861         // Adding a power of two to the same power of two is a power of two or
862         // zero.
863         if (BinaryOperator *XBO = dyn_cast<BinaryOperator>(X))
864           if (XBO->getOpcode() == Instruction::And)
865             if (XBO->getOperand(0) == Y || XBO->getOperand(1) == Y)
866               if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth))
867                 return true;
868         if (BinaryOperator *YBO = dyn_cast<BinaryOperator>(Y))
869           if (YBO->getOpcode() == Instruction::And)
870             if (YBO->getOperand(0) == X || YBO->getOperand(1) == X)
871               if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth))
872                 return true;
873       }
874
875   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
876   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
877   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
878   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
879       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
880     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero, Depth);
881   }
882
883   return false;
884 }
885
886 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
887 ///
888 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
889 /// to be non-null.
890 ///
891 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
892 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
893                               unsigned Depth) {
894   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
895     return false;
896
897   // FIXME: Support vector-GEPs.
898   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
899
900   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
901   // inbounds GEP in address space zero.
902   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth))
903     return true;
904
905   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
906   if (!DL)
907     return false;
908
909   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
910   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
911   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
912   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
913        GTI != GTE; ++GTI) {
914     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
915     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
916       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
917       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
918       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
919       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
920       if (ElementOffset > 0)
921         return true;
922       continue;
923     }
924
925     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
926     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
927       continue;
928
929     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
930     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
931     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
932       if (!OpC->isZero())
933         return true;
934       continue;
935     }
936
937     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
938     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
939     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
940     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
941     // of depth.
942     if (Depth++ >= MaxDepth)
943       continue;
944
945     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth))
946       return true;
947   }
948
949   return false;
950 }
951
952 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
953 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
954 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
955 /// vectors of integers.
956 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
957   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
958     if (C->isNullValue())
959       return false;
960     if (isa<ConstantInt>(C))
961       // Must be non-zero due to null test above.
962       return true;
963     // TODO: Handle vectors
964     return false;
965   }
966
967   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
968   if (Depth++ >= MaxDepth)
969     return false;
970
971   // Check for pointer simplifications.
972   if (V->getType()->isPointerTy()) {
973     if (isKnownNonNull(V))
974       return true; 
975     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
976       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth))
977         return true;
978   }
979
980   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
981
982   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
983   Value *X = 0, *Y = 0;
984   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
985     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
986
987   // ext X != 0 if X != 0.
988   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
989     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
990
991   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
992   // if the lowest bit is shifted off the end.
993   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
994     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
995     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
996     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
997       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
998
999     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1000     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1001     ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1002     if (KnownOne[0])
1003       return true;
1004   }
1005   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1006   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1007   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1008     // shr exact can only shift out zero bits.
1009     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1010     if (BO->isExact())
1011       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1012
1013     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1014     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1015     if (XKnownNegative)
1016       return true;
1017   }
1018   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1019   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1020     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1021   }
1022   // X + Y.
1023   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1024     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1025     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1026     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1027     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
1028
1029     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1030     // zero unless both X and Y are zero.
1031     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1032       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1033         return true;
1034
1035     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1036     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1037     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1038       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1039       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1040       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1041       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1042       // to INT_MIN.
1043       ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1044       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1045         return true;
1046       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1047       // to INT_MIN.
1048       ComputeMaskedBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1049       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1050         return true;
1051     }
1052
1053     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1054     if (XKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth))
1055       return true;
1056     if (YKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth))
1057       return true;
1058   }
1059   // X * Y.
1060   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1061     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1062     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1063     // does not overflow.
1064     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1065         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1066       return true;
1067   }
1068   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1069   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1070     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
1071         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
1072       return true;
1073   }
1074
1075   if (!BitWidth) return false;
1076   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1077   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1078   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1079   return KnownOne != 0;
1080 }
1081
1082 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
1083 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
1084 /// for bits that V cannot have.
1085 ///
1086 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1087 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1088 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1089 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1090 /// for all of the elements in the vector.
1091 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1092                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
1093   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1094   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1095   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1096   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1097 }
1098
1099
1100
1101 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1102 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1103 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1104 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1105 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1106 ///
1107 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1108 ///
1109 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1110                                   unsigned Depth) {
1111   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1112          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1113          "on non-integer values!");
1114   Type *Ty = V->getType();
1115   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1116                          Ty->getScalarSizeInBits();
1117   unsigned Tmp, Tmp2;
1118   unsigned FirstAnswer = 1;
1119
1120   // Note that ConstantInt is handled by the general ComputeMaskedBits case
1121   // below.
1122
1123   if (Depth == 6)
1124     return 1;  // Limit search depth.
1125
1126   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1127   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1128   default: break;
1129   case Instruction::SExt:
1130     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1131     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1132
1133   case Instruction::AShr: {
1134     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1135     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1136     const APInt *ShAmt;
1137     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1138       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1139       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1140     }
1141     return Tmp;
1142   }
1143   case Instruction::Shl: {
1144     const APInt *ShAmt;
1145     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1146       // shl destroys sign bits.
1147       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1148       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1149       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1150           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1151       return Tmp - Tmp2;
1152     }
1153     break;
1154   }
1155   case Instruction::And:
1156   case Instruction::Or:
1157   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1158     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1159     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1160     if (Tmp != 1) {
1161       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1162       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1163       // We computed what we know about the sign bits as our first
1164       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1165       // ComputeMaskedBits, and pick whichever answer is better.
1166     }
1167     break;
1168
1169   case Instruction::Select:
1170     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1171     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1172     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1173     return std::min(Tmp, Tmp2);
1174
1175   case Instruction::Add:
1176     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1177     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1178     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1179     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1180
1181     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1182     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1183       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1184         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1185         ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1186
1187         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1188         // sign bits set.
1189         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1190           return TyBits;
1191
1192         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1193         // out of the result.
1194         if (KnownZero.isNegative())
1195           return Tmp;
1196       }
1197
1198     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1199     if (Tmp2 == 1) return 1;
1200     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1201
1202   case Instruction::Sub:
1203     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1204     if (Tmp2 == 1) return 1;
1205
1206     // Handle NEG.
1207     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1208       if (CLHS->isNullValue()) {
1209         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1210         ComputeMaskedBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1211         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1212         // sign bits set.
1213         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1214           return TyBits;
1215
1216         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1217         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1218         if (KnownZero.isNegative())
1219           return Tmp2;
1220
1221         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1222       }
1223
1224     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1225     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1226     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1227     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1228     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1229
1230   case Instruction::PHI: {
1231     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1232     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1233     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1234
1235     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1236     // because of our depth threshold.
1237     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1238     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1239       if (Tmp == 1) return Tmp;
1240       Tmp = std::min(Tmp,
1241                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1242     }
1243     return Tmp;
1244   }
1245
1246   case Instruction::Trunc:
1247     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1248     // case for targets like X86.
1249     break;
1250   }
1251
1252   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1253   // use this information.
1254   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1255   APInt Mask;
1256   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1257
1258   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1259     Mask = KnownZero;
1260   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1261     Mask = KnownOne;
1262   } else {
1263     // Nothing known.
1264     return FirstAnswer;
1265   }
1266
1267   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1268   // the number of identical bits in the top of the input value.
1269   Mask = ~Mask;
1270   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1271   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1272   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1273   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1274 }
1275
1276 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1277 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1278 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1279 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1280 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1281                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1282   const unsigned MaxDepth = 6;
1283
1284   assert(V && "No Value?");
1285   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1286   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1287
1288   Type *T = V->getType();
1289
1290   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1291
1292   if (Base == 0)
1293     return false;
1294
1295   if (Base == 1) {
1296     Multiple = V;
1297     return true;
1298   }
1299
1300   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1301   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1302   if (CO && CO == BaseVal) {
1303     // Multiple is 1.
1304     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1305     return true;
1306   }
1307
1308   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1309     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1310     return true;
1311   }
1312
1313   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1314
1315   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1316   if (!I) return false;
1317
1318   switch (I->getOpcode()) {
1319   default: break;
1320   case Instruction::SExt:
1321     if (!LookThroughSExt) return false;
1322     // otherwise fall through to ZExt
1323   case Instruction::ZExt:
1324     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1325                            LookThroughSExt, Depth+1);
1326   case Instruction::Shl:
1327   case Instruction::Mul: {
1328     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1329     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1330
1331     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1332       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1333       if (!Op1CI) return false;
1334       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1335       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1336       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1337       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1338       API.setBit(BitToSet);
1339       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1340     }
1341
1342     Value *Mul0 = NULL;
1343     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1344       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1345         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1346           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1347               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1348             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1349           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1350               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1351             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1352
1353           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1354           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1355           return true;
1356         }
1357
1358       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1359         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1360           // V == Base * Op1, so return Op1
1361           Multiple = Op1;
1362           return true;
1363         }
1364     }
1365
1366     Value *Mul1 = NULL;
1367     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1368       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1369         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1370           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1371               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1372             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1373           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1374               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1375             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1376
1377           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1378           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1379           return true;
1380         }
1381
1382       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1383         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1384           // V == Base * Op0, so return Op0
1385           Multiple = Op0;
1386           return true;
1387         }
1388     }
1389   }
1390   }
1391
1392   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1393   return false;
1394 }
1395
1396 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP
1397 /// value is never equal to -0.0.
1398 ///
1399 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1400 /// rounding modes!
1401 ///
1402 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1403   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1404     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1405
1406   if (Depth == 6)
1407     return 1;  // Limit search depth.
1408
1409   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1410   if (I == 0) return false;
1411
1412   // Check if the nsz fast-math flag is set
1413   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1414     if (FPO->hasNoSignedZeros())
1415       return true;
1416
1417   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1418   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
1419     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
1420       if (CFP->isNullValue())
1421         return true;
1422
1423   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1424   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1425     return true;
1426
1427   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1428     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1429     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1430       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1431
1432   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1433     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1434       if (F->isDeclaration()) {
1435         // abs(x) != -0.0
1436         if (F->getName() == "abs") return true;
1437         // fabs[lf](x) != -0.0
1438         if (F->getName() == "fabs") return true;
1439         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1440         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1441         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1442             F->getName() == "sqrtl")
1443           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1444       }
1445     }
1446
1447   return false;
1448 }
1449
1450 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1451 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1452 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1453 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1454 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1455 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1456   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1457   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1458
1459   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1460   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1461     if (C->isNullValue())
1462       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1463
1464   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1465   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
1466   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1467     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1468       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1469     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1470       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1471     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1472   }
1473
1474   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
1475   // multiple of 8 bits.
1476   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1477     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1478     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1479       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1480       // same at all levels.
1481       APInt Val = CI->getValue();
1482       APInt Val2;
1483       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1484         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1485         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1486         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1487         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1488
1489         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1490         if (Val != Val2)
1491           return 0;
1492       }
1493       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1494     }
1495   }
1496
1497   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1498   // also splatable.
1499   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1500     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1501     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1502     if (!Val)
1503       return 0;
1504
1505     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1506       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1507         return 0;
1508
1509     return Val;
1510   }
1511
1512   // Conceptually, we could handle things like:
1513   //   %a = zext i8 %X to i16
1514   //   %b = shl i16 %a, 8
1515   //   %c = or i16 %a, %b
1516   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1517   // worth worrying about.
1518   return 0;
1519 }
1520
1521
1522 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1523 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1524 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1525 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1526 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1527 // build on that.
1528 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1529                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
1530                                 unsigned IdxSkip,
1531                                 Instruction *InsertBefore) {
1532   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1533   if (STy) {
1534     // Save the original To argument so we can modify it
1535     Value *OrigTo = To;
1536     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1537     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1538       // Process each struct element recursively
1539       Idxs.push_back(i);
1540       Value *PrevTo = To;
1541       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1542                              InsertBefore);
1543       Idxs.pop_back();
1544       if (!To) {
1545         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1546         while (PrevTo != OrigTo) {
1547           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1548           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1549           Del->eraseFromParent();
1550         }
1551         // Stop processing elements
1552         break;
1553       }
1554     }
1555     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1556     if (To)
1557       return To;
1558   }
1559   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1560   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1561   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1562   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1563
1564   // Find the value that is at that particular spot
1565   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1566
1567   if (!V)
1568     return NULL;
1569
1570   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1571   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1572                                        "tmp", InsertBefore);
1573 }
1574
1575 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1576 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1577 // { a, { b, { c, d }, e } }
1578 // and the indices "1, 1" this returns
1579 // { c, d }.
1580 //
1581 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1582 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1583 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1584 // insertvalue instruction somewhere).
1585 //
1586 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1587 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1588                                 Instruction *InsertBefore) {
1589   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1590   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1591                                                              idx_range);
1592   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1593   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1594   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1595
1596   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1597 }
1598
1599 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1600 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1601 /// were inserted directly into the aggregrate.
1602 ///
1603 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1604 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1605 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1606                                Instruction *InsertBefore) {
1607   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1608   // recursion).
1609   if (idx_range.empty())
1610     return V;
1611   // We have indices, so V should have an indexable type.
1612   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1613          "Not looking at a struct or array?");
1614   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1615          "Invalid indices for type?");
1616
1617   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1618     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1619     if (C == 0) return 0;
1620     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1621   }
1622
1623   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1624     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1625     // requested indices
1626     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1627     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1628          i != e; ++i, ++req_idx) {
1629       if (req_idx == idx_range.end()) {
1630         // We can't handle this without inserting insertvalues
1631         if (!InsertBefore)
1632           return 0;
1633
1634         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1635         // this specially. For example,
1636         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1637         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1638         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1639         // This can be changed into
1640         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1641         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1642         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1643         // removed.
1644         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1645                                  InsertBefore);
1646       }
1647
1648       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1649       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1650       // looking for, then.
1651       if (*req_idx != *i)
1652         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1653                                  InsertBefore);
1654     }
1655     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1656     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1657     // the inserted value, passing any remaining indices.
1658     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1659                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1660                              InsertBefore);
1661   }
1662
1663   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1664     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1665     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1666     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1667
1668     // Calculate the number of indices required
1669     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1670     // Allocate some space to put the new indices in
1671     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1672     Idxs.reserve(size);
1673     // Add indices from the extract value instruction
1674     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1675
1676     // Add requested indices
1677     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1678
1679     assert(Idxs.size() == size
1680            && "Number of indices added not correct?");
1681
1682     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1683   }
1684   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1685   // or load instruction)
1686   return 0;
1687 }
1688
1689 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1690 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1691 /// base and offset to the caller.
1692 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1693                                               const DataLayout *TD) {
1694   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
1695   // the widest we support.
1696   unsigned BitWidth = TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 64;
1697   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
1698   while (1) {
1699     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
1700       break;
1701
1702     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1703       APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
1704       if (TD && !GEP->accumulateConstantOffset(*TD, GEPOffset))
1705         break;
1706       ByteOffset += GEPOffset;
1707       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1708     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1709       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1710     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1711       if (GA->mayBeOverridden())
1712         break;
1713       Ptr = GA->getAliasee();
1714     } else {
1715       break;
1716     }
1717   }
1718   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
1719   return Ptr;
1720 }
1721
1722
1723 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1724 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1725 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1726 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1727                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1728   assert(V);
1729
1730   // Look through bitcast instructions and geps.
1731   V = V->stripPointerCasts();
1732
1733   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1734   // offset.
1735   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1736     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1737     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1738       return false;
1739
1740     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1741     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1742     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1743     if (AT == 0 || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1744       return false;
1745
1746     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1747     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1748     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1749     if (FirstIdx == 0 || !FirstIdx->isZero())
1750       return false;
1751
1752     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1753     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1754     // the string.
1755     uint64_t StartIdx = 0;
1756     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1757       StartIdx = CI->getZExtValue();
1758     else
1759       return false;
1760     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1761   }
1762
1763   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1764   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1765   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1766   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1767   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1768     return false;
1769
1770   // Handle the all-zeros case
1771   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1772     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1773     // length of the string must be zero.
1774     Str = "";
1775     return true;
1776   }
1777
1778   // Must be a Constant Array
1779   const ConstantDataArray *Array =
1780     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1781   if (Array == 0 || !Array->isString())
1782     return false;
1783
1784   // Get the number of elements in the array
1785   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1786
1787   // Start out with the entire array in the StringRef.
1788   Str = Array->getAsString();
1789
1790   if (Offset > NumElts)
1791     return false;
1792
1793   // Skip over 'offset' bytes.
1794   Str = Str.substr(Offset);
1795
1796   if (TrimAtNul) {
1797     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1798     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1799     // some other way that the string is length-bound.
1800     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1801   }
1802   return true;
1803 }
1804
1805 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1806 // nodes.
1807 // TODO: See if we can integrate these two together.
1808
1809 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1810 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1811 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1812   // Look through noop bitcast instructions.
1813   V = V->stripPointerCasts();
1814
1815   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1816   // or we haven't.
1817   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1818     if (!PHIs.insert(PN))
1819       return ~0ULL;  // already in the set.
1820
1821     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1822     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1823     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1824       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1825       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1826
1827       if (Len == ~0ULL) continue;
1828
1829       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1830         return 0;    // Disagree -> unknown.
1831       LenSoFar = Len;
1832     }
1833
1834     // Success, all agree.
1835     return LenSoFar;
1836   }
1837
1838   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1839   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1840     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1841     if (Len1 == 0) return 0;
1842     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1843     if (Len2 == 0) return 0;
1844     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1845     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1846     if (Len1 != Len2) return 0;
1847     return Len1;
1848   }
1849
1850   // Otherwise, see if we can read the string.
1851   StringRef StrData;
1852   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1853     return 0;
1854
1855   return StrData.size()+1;
1856 }
1857
1858 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1859 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1860 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1861   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1862
1863   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1864   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1865   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1866   // an empty string as a length.
1867   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1868 }
1869
1870 Value *
1871 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
1872   if (!V->getType()->isPointerTy())
1873     return V;
1874   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1875     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1876       V = GEP->getPointerOperand();
1877     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1878       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1879     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1880       if (GA->mayBeOverridden())
1881         return V;
1882       V = GA->getAliasee();
1883     } else {
1884       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1885       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1886         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1887         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, 0)) {
1888           V = Simplified;
1889           continue;
1890         }
1891
1892       return V;
1893     }
1894     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1895   }
1896   return V;
1897 }
1898
1899 void
1900 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
1901                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
1902                            const DataLayout *TD,
1903                            unsigned MaxLookup) {
1904   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1905   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
1906   Worklist.push_back(V);
1907   do {
1908     Value *P = Worklist.pop_back_val();
1909     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
1910
1911     if (!Visited.insert(P))
1912       continue;
1913
1914     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
1915       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
1916       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
1917       continue;
1918     }
1919
1920     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
1921       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1922         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
1923       continue;
1924     }
1925
1926     Objects.push_back(P);
1927   } while (!Worklist.empty());
1928 }
1929
1930 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1931 /// are lifetime markers.
1932 ///
1933 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1934   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
1935        UI != UE; ++UI) {
1936     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(*UI);
1937     if (!II) return false;
1938
1939     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1940         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1941       return false;
1942   }
1943   return true;
1944 }
1945
1946 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1947                                         const DataLayout *TD) {
1948   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1949   if (!Inst)
1950     return false;
1951
1952   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1953     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1954       if (C->canTrap())
1955         return false;
1956
1957   switch (Inst->getOpcode()) {
1958   default:
1959     return true;
1960   case Instruction::UDiv:
1961   case Instruction::URem:
1962     // x / y is undefined if y == 0, but calcuations like x / 3 are safe.
1963     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1964   case Instruction::SDiv:
1965   case Instruction::SRem: {
1966     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1967     // x / y is undefined if y == 0
1968     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1969       return false;
1970     // x / y might be undefined if y == -1
1971     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1972     if (BitWidth == 0)
1973       return false;
1974     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1975     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1976     ComputeMaskedBits(Op, KnownZero, KnownOne, TD);
1977     return !!KnownZero;
1978   }
1979   case Instruction::Load: {
1980     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
1981     if (!LI->isUnordered())
1982       return false;
1983     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer();
1984   }
1985   case Instruction::Call: {
1986    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1987      switch (II->getIntrinsicID()) {
1988        // These synthetic intrinsics have no side-effects, and just mark
1989        // information about their operands.
1990        // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
1991        // should be considered at least *safe* to speculate...
1992        case Intrinsic::dbg_declare:
1993        case Intrinsic::dbg_value:
1994          return true;
1995
1996        case Intrinsic::bswap:
1997        case Intrinsic::ctlz:
1998        case Intrinsic::ctpop:
1999        case Intrinsic::cttz:
2000        case Intrinsic::objectsize:
2001        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2002        case Intrinsic::smul_with_overflow:
2003        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2004        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2005        case Intrinsic::umul_with_overflow:
2006        case Intrinsic::usub_with_overflow:
2007          return true;
2008        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2009        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2010        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2011        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2012        default: break;
2013      }
2014    }
2015     return false; // The called function could have undefined behavior or
2016                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2017   }
2018   case Instruction::VAArg:
2019   case Instruction::Alloca:
2020   case Instruction::Invoke:
2021   case Instruction::PHI:
2022   case Instruction::Store:
2023   case Instruction::Ret:
2024   case Instruction::Br:
2025   case Instruction::IndirectBr:
2026   case Instruction::Switch:
2027   case Instruction::Unreachable:
2028   case Instruction::Fence:
2029   case Instruction::LandingPad:
2030   case Instruction::AtomicRMW:
2031   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2032   case Instruction::Resume:
2033     return false; // Misc instructions which have effects
2034   }
2035 }
2036
2037 /// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
2038 /// null.
2039 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
2040   // Alloca never returns null, malloc might.
2041   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2042
2043   // A byval argument is never null.
2044   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2045     return A->hasByValAttr();
2046
2047   // Global values are not null unless extern weak.
2048   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2049     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2050   return false;
2051 }