Fix typos
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
21 #include "llvm/IR/CallSite.h"
22 #include "llvm/IR/Constants.h"
23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
24 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
33 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 using namespace llvm;
47 using namespace llvm::PatternMatch;
48
49 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
50
51 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
52 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
53 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
54 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
55                       "sunken Cmps");
56 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
57                        "of sunken Casts");
58 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
59                           "computations were sunk");
60 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
61 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
62 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
63 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
64 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
65 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
66
67 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
68   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
69   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
70
71 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
72   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
73   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
74
75 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
76   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
77   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
78
79 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
80    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
81    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
82
83 namespace {
84 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
85 typedef DenseMap<Instruction *, Type *> InstrToOrigTy;
86
87   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
88     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
89     /// transformation profitability.
90     const TargetMachine *TM;
91     const TargetLowering *TLI;
92     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
93     DominatorTree *DT;
94
95     /// CurInstIterator - As we scan instructions optimizing them, this is the
96     /// next instruction to optimize.  Xforms that can invalidate this should
97     /// update it.
98     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
99
100     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
101     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
102     /// multiple load/stores of the same address.
103     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
104
105     /// Keeps track of all truncates inserted for the current function.
106     SetOfInstrs InsertedTruncsSet;
107     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
108     /// promotion for the current function.
109     InstrToOrigTy PromotedInsts;
110
111     /// ModifiedDT - If CFG is modified in anyway, dominator tree may need to
112     /// be updated.
113     bool ModifiedDT;
114
115     /// OptSize - True if optimizing for size.
116     bool OptSize;
117
118   public:
119     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
120     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
121       : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr) {
122         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
123       }
124     bool runOnFunction(Function &F) override;
125
126     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
127
128     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
129       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
130       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
131     }
132
133   private:
134     bool EliminateFallThrough(Function &F);
135     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
136     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
137     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
138     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB);
139     bool OptimizeInst(Instruction *I);
140     bool OptimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr, Type *AccessTy);
141     bool OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
142     bool OptimizeCallInst(CallInst *CI);
143     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I);
144     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
145     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
146     bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
147     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
148     bool PlaceDbgValues(Function &F);
149     bool sinkAndCmp(Function &F);
150   };
151 }
152
153 char CodeGenPrepare::ID = 0;
154 static void *initializeCodeGenPreparePassOnce(PassRegistry &Registry) {
155   initializeTargetLibraryInfoPass(Registry);
156   PassInfo *PI = new PassInfo(
157       "Optimize for code generation", "codegenprepare", &CodeGenPrepare::ID,
158       PassInfo::NormalCtor_t(callDefaultCtor<CodeGenPrepare>), false, false,
159       PassInfo::TargetMachineCtor_t(callTargetMachineCtor<CodeGenPrepare>));
160   Registry.registerPass(*PI, true);
161   return PI;
162 }
163
164 void llvm::initializeCodeGenPreparePass(PassRegistry &Registry) {
165   CALL_ONCE_INITIALIZATION(initializeCodeGenPreparePassOnce)
166 }
167
168 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
169   return new CodeGenPrepare(TM);
170 }
171
172 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
173   if (skipOptnoneFunction(F))
174     return false;
175
176   bool EverMadeChange = false;
177   // Clear per function information.
178   InsertedTruncsSet.clear();
179   PromotedInsts.clear();
180
181   ModifiedDT = false;
182   if (TM) TLI = TM->getTargetLowering();
183   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
184   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
185       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
186   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
187   OptSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
188                                            Attribute::OptimizeForSize);
189
190   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
191   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
192   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
193     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
194        TLI->getBypassSlowDivWidths();
195     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
196       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
197   }
198
199   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
200   // unconditional branch.
201   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
202
203   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
204   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
205   // find a node corresponding to the value.
206   EverMadeChange |= PlaceDbgValues(F);
207
208   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
209   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
210   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
211   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
212   if (!DisableBranchOpts)
213     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
214
215   bool MadeChange = true;
216   while (MadeChange) {
217     MadeChange = false;
218     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
219       BasicBlock *BB = I++;
220       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB);
221     }
222     EverMadeChange |= MadeChange;
223   }
224
225   SunkAddrs.clear();
226
227   if (!DisableBranchOpts) {
228     MadeChange = false;
229     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
230     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
231       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
232       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
233       if (!MadeChange) continue;
234
235       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
236              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
237         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
238           WorkList.insert(*II);
239     }
240
241     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
242     MadeChange |= !WorkList.empty();
243     while (!WorkList.empty()) {
244       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
245       WorkList.erase(BB);
246       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
247
248       DeleteDeadBlock(BB);
249
250       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
251              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
252         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
253           WorkList.insert(*II);
254     }
255
256     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
257     // a single edge.
258     if (EverMadeChange || MadeChange)
259       MadeChange |= EliminateFallThrough(F);
260
261     if (MadeChange)
262       ModifiedDT = true;
263     EverMadeChange |= MadeChange;
264   }
265
266   if (ModifiedDT && DT)
267     DT->recalculate(F);
268
269   return EverMadeChange;
270 }
271
272 /// EliminateFallThrough - Merge basic blocks which are connected
273 /// by a single edge, where one of the basic blocks has a single successor
274 /// pointing to the other basic block, which has a single predecessor.
275 bool CodeGenPrepare::EliminateFallThrough(Function &F) {
276   bool Changed = false;
277   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
278   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
279     BasicBlock *BB = I++;
280     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
281     // edge, just collapse it.
282     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
283
284     // Don't merge if BB's address is taken.
285     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
286
287     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
288     if (Term && !Term->isConditional()) {
289       Changed = true;
290       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
291       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
292       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
293       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
294       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, this);
295
296       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
297         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
298
299       // We have erased a block. Update the iterator.
300       I = BB;
301     }
302   }
303   return Changed;
304 }
305
306 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes,
307 /// debug info directives, and an unconditional branch.  Passes before isel
308 /// (e.g. LSR/loopsimplify) often split edges in ways that are non-optimal for
309 /// isel.  Start by eliminating these blocks so we can split them the way we
310 /// want them.
311 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
312   bool MadeChange = false;
313   // Note that this intentionally skips the entry block.
314   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
315     BasicBlock *BB = I++;
316
317     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
318     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
319     if (!BI || !BI->isUnconditional())
320       continue;
321
322     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
323     // node, then other stuff is happening here.
324     BasicBlock::iterator BBI = BI;
325     if (BBI != BB->begin()) {
326       --BBI;
327       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
328         if (BBI == BB->begin())
329           break;
330         --BBI;
331       }
332       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
333         continue;
334     }
335
336     // Do not break infinite loops.
337     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
338     if (DestBB == BB)
339       continue;
340
341     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
342       continue;
343
344     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
345     MadeChange = true;
346   }
347   return MadeChange;
348 }
349
350 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
351 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
352 /// instructions.
353 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
354                                     const BasicBlock *DestBB) const {
355   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
356   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
357   // don't mess around with them.
358   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
359   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
360     for (const User *U : PN->users()) {
361       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
362       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
363         return false;
364       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
365       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
366       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
367       if (UI->getParent() == DestBB) {
368         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
369           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
370             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
371             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
372                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
373               return false;
374           }
375       }
376     }
377   }
378
379   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
380   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
381   // can't merge the block.
382   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
383   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
384
385   // Collect the preds of BB.
386   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
387   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
388     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
389     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
390       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
391   } else {
392     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
393   }
394
395   // Walk the preds of DestBB.
396   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
397     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
398     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
399       BBI = DestBB->begin();
400       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
401         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
402         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
403
404         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
405         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
406           if (V2PN->getParent() == BB)
407             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
408
409         // If there is a conflict, bail out.
410         if (V1 != V2) return false;
411       }
412     }
413   }
414
415   return true;
416 }
417
418
419 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
420 /// an unconditional branch in it.
421 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
422   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
423   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
424
425   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
426
427   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
428   // just collapse it.
429   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
430     if (SinglePred != DestBB) {
431       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
432       // will need to move BB back to the entry position.
433       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
434       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, this);
435
436       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
437         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
438
439       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
440       return;
441     }
442   }
443
444   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
445   // to handle the new incoming edges it is about to have.
446   PHINode *PN;
447   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
448        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
449     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
450     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
451
452     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
453     // value that dominates BB.
454     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
455     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
456       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
457       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
458         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
459                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
460     } else {
461       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
462       // we will be adding.
463       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
464         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
465           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
466       } else {
467         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
468           PN->addIncoming(InVal, *PI);
469       }
470     }
471   }
472
473   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
474   // DestBB and remove BB.
475   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
476   if (DT && !ModifiedDT) {
477     BasicBlock *BBIDom  = DT->getNode(BB)->getIDom()->getBlock();
478     BasicBlock *DestBBIDom = DT->getNode(DestBB)->getIDom()->getBlock();
479     BasicBlock *NewIDom = DT->findNearestCommonDominator(BBIDom, DestBBIDom);
480     DT->changeImmediateDominator(DestBB, NewIDom);
481     DT->eraseNode(BB);
482   }
483   BB->eraseFromParent();
484   ++NumBlocksElim;
485
486   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
487 }
488
489 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
490 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
491   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
492
493   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
494   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
495
496   bool MadeChange = false;
497   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
498        UI != E; ) {
499     Use &TheUse = UI.getUse();
500     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
501
502     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
503     // appropriate predecessor block.
504     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
505     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
506       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
507     }
508
509     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
510     ++UI;
511
512     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
513     if (UserBB == DefBB) continue;
514
515     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
516     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
517
518     if (!InsertedCast) {
519       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
520       InsertedCast =
521         CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
522                          InsertPt);
523       MadeChange = true;
524     }
525
526     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
527     TheUse = InsertedCast;
528     ++NumCastUses;
529   }
530
531   // If we removed all uses, nuke the cast.
532   if (CI->use_empty()) {
533     CI->eraseFromParent();
534     MadeChange = true;
535   }
536
537   return MadeChange;
538 }
539
540 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
541 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, i32->i8 on PPC),
542 /// sink it into user blocks to reduce the number of virtual
543 /// registers that must be created and coalesced.
544 ///
545 /// Return true if any changes are made.
546 ///
547 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
548   // If this is a noop copy,
549   EVT SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
550   EVT DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
551
552   // This is an fp<->int conversion?
553   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
554     return false;
555
556   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
557   // isn't a noop.
558   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
559
560   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
561   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
562   // are.
563   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
564       TargetLowering::TypePromoteInteger)
565     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
566   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
567       TargetLowering::TypePromoteInteger)
568     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
569
570   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
571   if (SrcVT != DstVT)
572     return false;
573
574   return SinkCast(CI);
575 }
576
577 /// OptimizeCmpExpression - sink the given CmpInst into user blocks to reduce
578 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
579 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
580 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
581 ///
582 /// Return true if any changes are made.
583 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
584   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
585
586   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
587   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
588
589   bool MadeChange = false;
590   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
591        UI != E; ) {
592     Use &TheUse = UI.getUse();
593     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
594
595     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
596     ++UI;
597
598     // Don't bother for PHI nodes.
599     if (isa<PHINode>(User))
600       continue;
601
602     // Figure out which BB this cmp is used in.
603     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
604
605     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
606     if (UserBB == DefBB) continue;
607
608     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
609     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
610
611     if (!InsertedCmp) {
612       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
613       InsertedCmp =
614         CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
615                         CI->getPredicate(),  CI->getOperand(0),
616                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
617       MadeChange = true;
618     }
619
620     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
621     TheUse = InsertedCmp;
622     ++NumCmpUses;
623   }
624
625   // If we removed all uses, nuke the cmp.
626   if (CI->use_empty())
627     CI->eraseFromParent();
628
629   return MadeChange;
630 }
631
632 /// isExtractBitsCandidateUse - Check if the candidates could
633 /// be combined with shift instruction, which includes:
634 /// 1. Truncate instruction
635 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
636 /// imm & (imm+1) == 0
637 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
638   if (!isa<TruncInst>(User)) {
639     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
640         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
641       return false;
642
643     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
644
645     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
646       return false;
647   }
648   return true;
649 }
650
651 /// SinkShiftAndTruncate - sink both shift and truncate instruction
652 /// to the use of truncate's BB.
653 static bool
654 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
655                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
656                      const TargetLowering &TLI) {
657   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
658   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
659   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
660   bool MadeChange = false;
661
662   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
663                             TruncE = TruncI->user_end();
664        TruncUI != TruncE;) {
665
666     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
667     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
668     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
669
670     ++TruncUI;
671
672     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
673     if (!ISDOpcode)
674       continue;
675
676     // If the use is actually a legal node, there will not be an implicit
677     // truncate.
678     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
679                                      EVT::getEVT(TruncUser->getType())))
680       continue;
681
682     // Don't bother for PHI nodes.
683     if (isa<PHINode>(TruncUser))
684       continue;
685
686     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
687
688     if (UserBB == TruncUserBB)
689       continue;
690
691     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
692     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
693
694     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
695       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
696       // Sink the shift
697       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
698         InsertedShift =
699             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
700       else
701         InsertedShift =
702             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
703
704       // Sink the trunc
705       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
706       TruncInsertPt++;
707
708       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
709                                        TruncI->getType(), "", TruncInsertPt);
710
711       MadeChange = true;
712
713       TruncTheUse = InsertedTrunc;
714     }
715   }
716   return MadeChange;
717 }
718
719 /// OptimizeExtractBits - sink the shift *right* instruction into user blocks if
720 /// the uses could potentially be combined with this shift instruction and
721 /// generate BitExtract instruction. It will only be applied if the architecture
722 /// supports BitExtract instruction. Here is an example:
723 /// BB1:
724 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
725 /// BB2:
726 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
727 /// ==>
728 ///
729 /// BB2:
730 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
731 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
732 ///
733 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
734 /// instruction.
735 /// Return true if any changes are made.
736 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
737                                 const TargetLowering &TLI) {
738   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
739
740   /// Only insert instructions in each block once.
741   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
742
743   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(ShiftI->getType()));
744
745   bool MadeChange = false;
746   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
747        UI != E;) {
748     Use &TheUse = UI.getUse();
749     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
750     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
751     ++UI;
752
753     // Don't bother for PHI nodes.
754     if (isa<PHINode>(User))
755       continue;
756
757     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
758       continue;
759
760     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
761
762     if (UserBB == DefBB) {
763       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
764       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
765       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
766       // instruction to the BB of TruncUse.
767       // for example:
768       // BB1:
769       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
770       // trunc.result = trunc shift.result to i16
771       //
772       // BB2:
773       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
774       //   not have i16 compare.
775       // cmp i16 trunc.result, opnd2
776       //
777       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
778           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
779           // introduced in other basic blocks.
780           && (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(User->getType()))))
781         MadeChange =
782             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI);
783
784       continue;
785     }
786     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
787     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
788
789     if (!InsertedShift) {
790       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
791
792       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
793         InsertedShift =
794             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
795       else
796         InsertedShift =
797             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
798
799       MadeChange = true;
800     }
801
802     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
803     TheUse = InsertedShift;
804   }
805
806   // If we removed all uses, nuke the shift.
807   if (ShiftI->use_empty())
808     ShiftI->eraseFromParent();
809
810   return MadeChange;
811 }
812
813 namespace {
814 class CodeGenPrepareFortifiedLibCalls : public SimplifyFortifiedLibCalls {
815 protected:
816   void replaceCall(Value *With) override {
817     CI->replaceAllUsesWith(With);
818     CI->eraseFromParent();
819   }
820   bool isFoldable(unsigned SizeCIOp, unsigned, bool) const override {
821       if (ConstantInt *SizeCI =
822                              dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(SizeCIOp)))
823         return SizeCI->isAllOnesValue();
824     return false;
825   }
826 };
827 } // end anonymous namespace
828
829 bool CodeGenPrepare::OptimizeCallInst(CallInst *CI) {
830   BasicBlock *BB = CI->getParent();
831
832   // Lower inline assembly if we can.
833   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
834   // lower it to normal LLVM code, do so now.
835   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
836     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
837       // Avoid invalidating the iterator.
838       CurInstIterator = BB->begin();
839       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
840       // reuse before a value is defined.
841       SunkAddrs.clear();
842       return true;
843     }
844     // Sink address computing for memory operands into the block.
845     if (OptimizeInlineAsmInst(CI))
846       return true;
847   }
848
849   // Lower all uses of llvm.objectsize.*
850   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
851   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
852     bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
853     Type *ReturnTy = CI->getType();
854     Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
855
856     // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
857     // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
858     // happens.
859     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
860
861     replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
862                                   TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
863                                   TLInfo, ModifiedDT ? nullptr : DT);
864
865     // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
866     // start of the block.
867     if (IterHandle != CurInstIterator) {
868       CurInstIterator = BB->begin();
869       SunkAddrs.clear();
870     }
871     return true;
872   }
873
874   if (II && TLI) {
875     SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
876     Type *AccessTy;
877     if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
878       while (!PtrOps.empty())
879         if (OptimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy))
880           return true;
881   }
882
883   // From here on out we're working with named functions.
884   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
885
886   // We'll need DataLayout from here on out.
887   const DataLayout *TD = TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr;
888   if (!TD) return false;
889
890   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
891   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
892   // that have the default "don't know" as the objectsize.  Anything else
893   // should be left alone.
894   CodeGenPrepareFortifiedLibCalls Simplifier;
895   return Simplifier.fold(CI, TD, TLInfo);
896 }
897
898 /// DupRetToEnableTailCallOpts - Look for opportunities to duplicate return
899 /// instructions to the predecessor to enable tail call optimizations. The
900 /// case it is currently looking for is:
901 /// @code
902 /// bb0:
903 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
904 ///   br label %return
905 /// bb1:
906 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
907 ///   br label %return
908 /// bb2:
909 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
910 ///   br label %return
911 /// return:
912 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
913 ///   ret i32 %retval
914 /// @endcode
915 ///
916 /// =>
917 ///
918 /// @code
919 /// bb0:
920 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
921 ///   ret i32 %tmp0
922 /// bb1:
923 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
924 ///   ret i32 %tmp1
925 /// bb2:
926 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
927 ///   ret i32 %tmp2
928 /// @endcode
929 bool CodeGenPrepare::DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
930   if (!TLI)
931     return false;
932
933   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
934   if (!RI)
935     return false;
936
937   PHINode *PN = nullptr;
938   BitCastInst *BCI = nullptr;
939   Value *V = RI->getReturnValue();
940   if (V) {
941     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
942     if (BCI)
943       V = BCI->getOperand(0);
944
945     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
946     if (!PN)
947       return false;
948   }
949
950   if (PN && PN->getParent() != BB)
951     return false;
952
953   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
954   // See llvm::isInTailCallPosition().
955   const Function *F = BB->getParent();
956   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
957   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
958       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
959     return false;
960
961   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
962   // return is the first instruction in the block.
963   if (PN) {
964     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
965     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
966     if (&*BI == BCI)
967       // Also skip over the bitcast.
968       ++BI;
969     if (&*BI != RI)
970       return false;
971   } else {
972     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
973     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
974     if (&*BI != RI)
975       return false;
976   }
977
978   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
979   /// call.
980   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
981   if (PN) {
982     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
983       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
984       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
985       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
986           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
987         TailCalls.push_back(CI);
988     }
989   } else {
990     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
991     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
992       if (!VisitedBBs.insert(*PI))
993         continue;
994
995       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
996       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
997       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
998       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
999       if (RI == RE)
1000         continue;
1001
1002       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1003       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1004         TailCalls.push_back(CI);
1005     }
1006   }
1007
1008   bool Changed = false;
1009   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1010     CallInst *CI = TailCalls[i];
1011     CallSite CS(CI);
1012
1013     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1014     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1015     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1016     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1017           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1018         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1019           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1020       continue;
1021
1022     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1023     // the return block.
1024     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1025     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1026     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1027       continue;
1028
1029     // Duplicate the return into CallBB.
1030     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1031     ModifiedDT = Changed = true;
1032     ++NumRetsDup;
1033   }
1034
1035   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1036   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1037     BB->eraseFromParent();
1038
1039   return Changed;
1040 }
1041
1042 //===----------------------------------------------------------------------===//
1043 // Memory Optimization
1044 //===----------------------------------------------------------------------===//
1045
1046 namespace {
1047
1048 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1049 /// which holds actual Value*'s for register values.
1050 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1051   Value *BaseReg;
1052   Value *ScaledReg;
1053   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1054   void print(raw_ostream &OS) const;
1055   void dump() const;
1056
1057   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1058     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1059            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1060            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1061   }
1062 };
1063
1064 #ifndef NDEBUG
1065 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1066   AM.print(OS);
1067   return OS;
1068 }
1069 #endif
1070
1071 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1072   bool NeedPlus = false;
1073   OS << "[";
1074   if (BaseGV) {
1075     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1076        << "GV:";
1077     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1078     NeedPlus = true;
1079   }
1080
1081   if (BaseOffs) {
1082     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1083        << BaseOffs;
1084     NeedPlus = true;
1085   }
1086
1087   if (BaseReg) {
1088     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1089        << "Base:";
1090     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1091     NeedPlus = true;
1092   }
1093   if (Scale) {
1094     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1095        << Scale << "*";
1096     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1097   }
1098
1099   OS << ']';
1100 }
1101
1102 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1103 void ExtAddrMode::dump() const {
1104   print(dbgs());
1105   dbgs() << '\n';
1106 }
1107 #endif
1108
1109 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1110 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1111 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1112 class TypePromotionTransaction {
1113
1114   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1115   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1116   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1117   class TypePromotionAction {
1118   protected:
1119     /// The Instruction modified.
1120     Instruction *Inst;
1121
1122   public:
1123     /// \brief Constructor of the action.
1124     /// The constructor performs the related action on the IR.
1125     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1126
1127     virtual ~TypePromotionAction() {}
1128
1129     /// \brief Undo the modification done by this action.
1130     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1131     /// before this action was applied.
1132     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1133     /// state as it was directly after this action was applied.
1134     virtual void undo() = 0;
1135
1136     /// \brief Advocate every change made by this action.
1137     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1138     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1139     virtual void commit() {
1140       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1141     }
1142   };
1143
1144   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1145   class InsertionHandler {
1146     /// Position of an instruction.
1147     /// Either an instruction:
1148     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1149     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1150     union {
1151       Instruction *PrevInst;
1152       BasicBlock *BB;
1153     } Point;
1154     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1155     bool HasPrevInstruction;
1156
1157   public:
1158     /// \brief Record the position of \p Inst.
1159     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1160       BasicBlock::iterator It = Inst;
1161       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1162       if (HasPrevInstruction)
1163         Point.PrevInst = --It;
1164       else
1165         Point.BB = Inst->getParent();
1166     }
1167
1168     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1169     void insert(Instruction *Inst) {
1170       if (HasPrevInstruction) {
1171         if (Inst->getParent())
1172           Inst->removeFromParent();
1173         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1174       } else {
1175         Instruction *Position = Point.BB->getFirstInsertionPt();
1176         if (Inst->getParent())
1177           Inst->moveBefore(Position);
1178         else
1179           Inst->insertBefore(Position);
1180       }
1181     }
1182   };
1183
1184   /// \brief Move an instruction before another.
1185   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1186     /// Original position of the instruction.
1187     InsertionHandler Position;
1188
1189   public:
1190     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1191     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1192         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1193       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1194       Inst->moveBefore(Before);
1195     }
1196
1197     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1198     void undo() override {
1199       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1200       Position.insert(Inst);
1201     }
1202   };
1203
1204   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1205   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1206     /// Original operand of the instruction.
1207     Value *Origin;
1208     /// Index of the modified instruction.
1209     unsigned Idx;
1210
1211   public:
1212     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1213     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1214         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1215       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1216                    << "for:" << *Inst << "\n"
1217                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1218       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1219       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1220     }
1221
1222     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1223     void undo() override {
1224       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1225                    << "for: " << *Inst << "\n"
1226                    << "with: " << *Origin << "\n");
1227       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1228     }
1229   };
1230
1231   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1232   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1233   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1234     /// The list of original operands.
1235     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1236
1237   public:
1238     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1239     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1240       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1241       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1242       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1243       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1244         // Save the current operand.
1245         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1246         OriginalValues.push_back(Val);
1247         // Set a dummy one.
1248         // We could use OperandSetter here, but that would implied an overhead
1249         // that we are not willing to pay.
1250         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1251       }
1252     }
1253
1254     /// \brief Restore the original list of uses.
1255     void undo() override {
1256       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1257       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1258         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1259     }
1260   };
1261
1262   /// \brief Build a truncate instruction.
1263   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1264   public:
1265     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1266     /// result.
1267     /// trunc Opnd to Ty.
1268     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1269       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1270       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted"));
1271       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1272     }
1273
1274     /// \brief Get the built instruction.
1275     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1276
1277     /// \brief Remove the built instruction.
1278     void undo() override {
1279       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1280       Inst->eraseFromParent();
1281     }
1282   };
1283
1284   /// \brief Build a sign extension instruction.
1285   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1286   public:
1287     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1288     /// result.
1289     /// sext Opnd to Ty.
1290     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1291         : TypePromotionAction(Inst) {
1292       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1293       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted"));
1294       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1295     }
1296
1297     /// \brief Get the built instruction.
1298     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1299
1300     /// \brief Remove the built instruction.
1301     void undo() override {
1302       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1303       Inst->eraseFromParent();
1304     }
1305   };
1306
1307   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1308   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1309     /// Record the original type.
1310     Type *OrigTy;
1311
1312   public:
1313     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1314     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1315         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1316       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1317                    << "\n");
1318       Inst->mutateType(NewTy);
1319     }
1320
1321     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1322     void undo() override {
1323       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1324                    << "\n");
1325       Inst->mutateType(OrigTy);
1326     }
1327   };
1328
1329   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1330   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1331     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1332     struct InstructionAndIdx {
1333       /// The instruction using the instruction.
1334       Instruction *Inst;
1335       /// The index where this instruction is used for Inst.
1336       unsigned Idx;
1337       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1338           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1339     };
1340
1341     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1342     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1343     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1344
1345   public:
1346     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1347     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1348       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1349                    << "\n");
1350       // Record the original uses.
1351       for (Use &U : Inst->uses()) {
1352         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1353         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1354       }
1355       // Now, we can replace the uses.
1356       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1357     }
1358
1359     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1360     void undo() override {
1361       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1362       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1363                         EndIt = OriginalUses.end();
1364            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1365         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1366       }
1367     }
1368   };
1369
1370   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1371   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1372     /// Original position of the instruction.
1373     InsertionHandler Inserter;
1374     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1375     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1376     OperandsHider Hider;
1377     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1378     UsesReplacer *Replacer;
1379
1380   public:
1381     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1382     /// uses with New.
1383     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1384     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1385         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1386           Replacer(nullptr) {
1387       if (New)
1388         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1389       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1390       Inst->removeFromParent();
1391     }
1392
1393     ~InstructionRemover() { delete Replacer; }
1394
1395     /// \brief Really remove the instruction.
1396     void commit() override { delete Inst; }
1397
1398     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1399     /// new value was provided when build this action.
1400     void undo() override {
1401       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1402       Inserter.insert(Inst);
1403       if (Replacer)
1404         Replacer->undo();
1405       Hider.undo();
1406     }
1407   };
1408
1409 public:
1410   /// Restoration point.
1411   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1412   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1413   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1414   /// Advocate every changes made in that transaction.
1415   void commit();
1416   /// Undo all the changes made after the given point.
1417   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1418   /// Get the current restoration point.
1419   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
1420
1421   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
1422   /// @{
1423   /// Same as Instruction::setOperand.
1424   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
1425   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
1426   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
1427   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
1428   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
1429   /// Same as Value::mutateType.
1430   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
1431   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
1432   Instruction *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
1433   /// Same as IRBuilder::createSExt.
1434   Instruction *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1435   /// Same as Instruction::moveBefore.
1436   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
1437   /// @}
1438
1439 private:
1440   /// The ordered list of actions made so far.
1441   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
1442   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
1443 };
1444
1445 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
1446                                           Value *NewVal) {
1447   Actions.push_back(
1448       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
1449 }
1450
1451 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
1452                                                 Value *NewVal) {
1453   Actions.push_back(
1454       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
1455 }
1456
1457 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
1458                                                   Value *New) {
1459   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
1460 }
1461
1462 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
1463   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
1464 }
1465
1466 Instruction *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
1467                                                    Type *Ty) {
1468   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
1469   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1470   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1471   return I;
1472 }
1473
1474 Instruction *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
1475                                                   Value *Opnd, Type *Ty) {
1476   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
1477   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1478   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1479   return I;
1480 }
1481
1482 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
1483                                           Instruction *Before) {
1484   Actions.push_back(
1485       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
1486 }
1487
1488 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
1489 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
1490   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
1491 }
1492
1493 void TypePromotionTransaction::commit() {
1494   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
1495        ++It)
1496     (*It)->commit();
1497   Actions.clear();
1498 }
1499
1500 void TypePromotionTransaction::rollback(
1501     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
1502   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
1503     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
1504     Curr->undo();
1505   }
1506 }
1507
1508 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
1509 ///
1510 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
1511 class AddressingModeMatcher {
1512   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
1513   const TargetLowering &TLI;
1514
1515   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
1516   /// the memory instruction that we're computing this address for.
1517   Type *AccessTy;
1518   Instruction *MemoryInst;
1519
1520   /// AddrMode - This is the addressing mode that we're building up.  This is
1521   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
1522   ExtAddrMode &AddrMode;
1523
1524   /// The truncate instruction inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
1525   const SetOfInstrs &InsertedTruncs;
1526   /// A map from the instructions to their type before promotion.
1527   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
1528   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
1529   TypePromotionTransaction &TPT;
1530
1531   /// IgnoreProfitability - This is set to true when we should not do
1532   /// profitability checks.  When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode
1533   /// always returns true.
1534   bool IgnoreProfitability;
1535
1536   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction*> &AMI,
1537                         const TargetLowering &T, Type *AT,
1538                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
1539                         const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1540                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1541                         TypePromotionTransaction &TPT)
1542       : AddrModeInsts(AMI), TLI(T), AccessTy(AT), MemoryInst(MI), AddrMode(AM),
1543         InsertedTruncs(InsertedTruncs), PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
1544     IgnoreProfitability = false;
1545   }
1546 public:
1547
1548   /// Match - Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
1549   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
1550   /// instructions in AddrModeInsts.
1551   /// \p InsertedTruncs The truncate instruction inserted by other
1552   /// CodeGenPrepare
1553   /// optimizations.
1554   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1555   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
1556   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy,
1557                            Instruction *MemoryInst,
1558                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
1559                            const TargetLowering &TLI,
1560                            const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1561                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1562                            TypePromotionTransaction &TPT) {
1563     ExtAddrMode Result;
1564
1565     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, AccessTy,
1566                                          MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
1567                                          PromotedInsts, TPT).MatchAddr(V, 0);
1568     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
1569     return Result;
1570   }
1571 private:
1572   bool MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
1573   bool MatchAddr(Value *V, unsigned Depth);
1574   bool MatchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
1575                           bool *MovedAway = nullptr);
1576   bool IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
1577                                             ExtAddrMode &AMBefore,
1578                                             ExtAddrMode &AMAfter);
1579   bool ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
1580   bool IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize, unsigned SizeWithPromotion,
1581                              Value *PromotedOperand) const;
1582 };
1583
1584 /// MatchScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
1585 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
1586 /// false if not.
1587 bool AddressingModeMatcher::MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
1588                                              unsigned Depth) {
1589   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
1590   // mode.  Just process that directly.
1591   if (Scale == 1)
1592     return MatchAddr(ScaleReg, Depth);
1593
1594   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
1595   if (Scale == 0)
1596     return true;
1597
1598   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
1599   // need an available scale field.
1600   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
1601     return false;
1602
1603   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
1604
1605   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
1606   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
1607   TestAddrMode.Scale += Scale;
1608   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
1609
1610   // If the new address isn't legal, bail out.
1611   if (!TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy))
1612     return false;
1613
1614   // It was legal, so commit it.
1615   AddrMode = TestAddrMode;
1616
1617   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
1618   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
1619   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
1620   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
1621   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
1622       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
1623     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
1624     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
1625
1626     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
1627     // this instruction.
1628     if (TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy)) {
1629       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
1630       AddrMode = TestAddrMode;
1631       return true;
1632     }
1633   }
1634
1635   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
1636   return true;
1637 }
1638
1639 /// MightBeFoldableInst - This is a little filter, which returns true if an
1640 /// addressing computation involving I might be folded into a load/store
1641 /// accessing it.  This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
1642 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
1643 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
1644   switch (I->getOpcode()) {
1645   case Instruction::BitCast:
1646   case Instruction::AddrSpaceCast:
1647     // Don't touch identity bitcasts.
1648     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
1649       return false;
1650     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
1651   case Instruction::PtrToInt:
1652     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
1653     return true;
1654   case Instruction::IntToPtr:
1655     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
1656     return true;
1657   case Instruction::Add:
1658     return true;
1659   case Instruction::Mul:
1660   case Instruction::Shl:
1661     // Can only handle X*C and X << C.
1662     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1663   case Instruction::GetElementPtr:
1664     return true;
1665   default:
1666     return false;
1667   }
1668 }
1669
1670 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
1671 class TypePromotionHelper {
1672   /// \brief Utility function to check whether or not a sign extension of
1673   /// \p Inst with \p ConsideredSExtType can be moved through \p Inst by either
1674   /// using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
1675   /// In other words, check if:
1676   /// sext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredSExtType.
1677   /// #1 Promotion applies:
1678   /// ConsideredSExtType Inst (sext opnd1 to ConsideredSExtType, ...).
1679   /// #2 Operand reuses:
1680   /// sext opnd1 to ConsideredSExtType.
1681   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1682   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredSExtType,
1683                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1684
1685   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
1686   /// promoting \p Inst.
1687   static bool shouldSExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
1688     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
1689       return false;
1690     return true;
1691   }
1692
1693   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1694   /// operand is a promotable trunc or sext.
1695   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1696   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1697   /// created to promote the operand of SExt.
1698   /// Should never be called directly.
1699   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1700   static Value *promoteOperandForTruncAndSExt(Instruction *SExt,
1701                                               TypePromotionTransaction &TPT,
1702                                               InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1703                                               unsigned &CreatedInsts);
1704
1705   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1706   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
1707   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1708   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1709   /// created to promote the operand of SExt.
1710   /// Should never be called directly.
1711   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1712   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1713                                        TypePromotionTransaction &TPT,
1714                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1715                                        unsigned &CreatedInsts);
1716
1717 public:
1718   /// Type for the utility function that promotes the operand of SExt.
1719   typedef Value *(*Action)(Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1720                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1721                            unsigned &CreatedInsts);
1722   /// \brief Given a sign extend instruction \p SExt, return the approriate
1723   /// action to promote the operand of \p SExt instead of using SExt.
1724   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
1725   /// sign extension.
1726   /// \p InsertedTruncs keeps track of all the truncate instructions inserted by
1727   /// the others CodeGenPrepare optimizations. This information is important
1728   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
1729   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
1730   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1731   static Action getAction(Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1732                           const TargetLowering &TLI,
1733                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1734 };
1735
1736 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
1737                                         Type *ConsideredSExtType,
1738                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1739   // We can always get through sext.
1740   if (isa<SExtInst>(Inst))
1741     return true;
1742
1743   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
1744   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
1745   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
1746   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
1747       (BinOp->hasNoUnsignedWrap() || BinOp->hasNoSignedWrap()))
1748     return true;
1749
1750   // Check if we can do the following simplification.
1751   // sext(trunc(sext)) --> sext
1752   if (!isa<TruncInst>(Inst))
1753     return false;
1754
1755   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
1756   // Check if we can use this operand in the sext.
1757   // If the type is larger than the result type of the sign extension,
1758   // we cannot.
1759   if (OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
1760       ConsideredSExtType->getIntegerBitWidth())
1761     return false;
1762
1763   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
1764   // any information on the dropped bits.
1765   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
1766   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
1767   if (!Opnd)
1768     return false;
1769
1770   // Check if the source of the type is narrow enough.
1771   // I.e., check that trunc just drops sign extended bits.
1772   // #1 get the type of the operand.
1773   const Type *OpndType;
1774   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
1775   if (It != PromotedInsts.end())
1776     OpndType = It->second;
1777   else if (isa<SExtInst>(Opnd))
1778     OpndType = cast<Instruction>(Opnd)->getOperand(0)->getType();
1779   else
1780     return false;
1781
1782   // #2 check that the truncate just drop sign extended bits.
1783   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
1784     return true;
1785
1786   return false;
1787 }
1788
1789 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
1790     Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1791     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1792   Instruction *SExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1793   Type *SExtTy = SExt->getType();
1794   // If the operand of the sign extension is not an instruction, we cannot
1795   // get through.
1796   // If it, check we can get through.
1797   if (!SExtOpnd || !canGetThrough(SExtOpnd, SExtTy, PromotedInsts))
1798     return nullptr;
1799
1800   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
1801   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
1802   // redone, thus causing potential infinite loop.
1803   if (isa<TruncInst>(SExtOpnd) && InsertedTruncs.count(SExtOpnd))
1804     return nullptr;
1805
1806   // SExt or Trunc instructions.
1807   // Return the related handler.
1808   if (isa<SExtInst>(SExtOpnd) || isa<TruncInst>(SExtOpnd))
1809     return promoteOperandForTruncAndSExt;
1810
1811   // Regular instruction.
1812   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
1813   if (!SExtOpnd->hasOneUse() &&
1814       !TLI.isTruncateFree(SExtTy, SExtOpnd->getType()))
1815     return nullptr;
1816   return promoteOperandForOther;
1817 }
1818
1819 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndSExt(
1820     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1821     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInsts) {
1822   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1823   // get through it and this method should not be called.
1824   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1825   // Replace sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
1826   // => sext(opnd).
1827   TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
1828   CreatedInsts = 0;
1829
1830   // Remove dead code.
1831   if (SExtOpnd->use_empty())
1832     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
1833
1834   // Check if the sext is still needed.
1835   if (SExt->getType() != SExt->getOperand(0)->getType())
1836     return SExt;
1837
1838   // At this point we have: sext ty opnd to ty.
1839   // Reassign the uses of SExt to the opnd and remove SExt.
1840   Value *NextVal = SExt->getOperand(0);
1841   TPT.eraseInstruction(SExt, NextVal);
1842   return NextVal;
1843 }
1844
1845 Value *
1846 TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1847                                             TypePromotionTransaction &TPT,
1848                                             InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1849                                             unsigned &CreatedInsts) {
1850   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1851   // get through it and this method should not be called.
1852   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1853   CreatedInsts = 0;
1854   if (!SExtOpnd->hasOneUse()) {
1855     // SExtOpnd will be promoted.
1856     // All its uses, but SExt, will need to use a truncated value of the
1857     // promoted version.
1858     // Create the truncate now.
1859     Instruction *Trunc = TPT.createTrunc(SExt, SExtOpnd->getType());
1860     Trunc->removeFromParent();
1861     // Insert it just after the definition.
1862     Trunc->insertAfter(SExtOpnd);
1863
1864     TPT.replaceAllUsesWith(SExtOpnd, Trunc);
1865     // Restore the operand of SExt (which has been replace by the previous call
1866     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
1867     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd);
1868   }
1869
1870   // Get through the Instruction:
1871   // 1. Update its type.
1872   // 2. Replace the uses of SExt by Inst.
1873   // 3. Sign extend each operand that needs to be sign extended.
1874
1875   // Remember the original type of the instruction before promotion.
1876   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
1877   PromotedInsts.insert(
1878       std::pair<Instruction *, Type *>(SExtOpnd, SExtOpnd->getType()));
1879   // Step #1.
1880   TPT.mutateType(SExtOpnd, SExt->getType());
1881   // Step #2.
1882   TPT.replaceAllUsesWith(SExt, SExtOpnd);
1883   // Step #3.
1884   Instruction *SExtForOpnd = SExt;
1885
1886   DEBUG(dbgs() << "Propagate SExt to operands\n");
1887   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = SExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
1888        ++OpIdx) {
1889     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(SExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
1890     if (SExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == SExt->getType() ||
1891         !shouldSExtOperand(SExtOpnd, OpIdx)) {
1892       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
1893       continue;
1894     }
1895     // Check if we can statically sign extend the operand.
1896     Value *Opnd = SExtOpnd->getOperand(OpIdx);
1897     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
1898       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1899       TPT.setOperand(
1900           SExtOpnd, OpIdx,
1901           ConstantInt::getSigned(SExt->getType(), Cst->getSExtValue()));
1902       continue;
1903     }
1904     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
1905     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
1906       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1907       TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(SExt->getType()));
1908       continue;
1909     }
1910
1911     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
1912     // Check if SExt was reused to sign extend an operand.
1913     if (!SExtForOpnd) {
1914       // If yes, create a new one.
1915       DEBUG(dbgs() << "More operands to sext\n");
1916       SExtForOpnd = TPT.createSExt(SExt, Opnd, SExt->getType());
1917       ++CreatedInsts;
1918     }
1919
1920     TPT.setOperand(SExtForOpnd, 0, Opnd);
1921
1922     // Move the sign extension before the insertion point.
1923     TPT.moveBefore(SExtForOpnd, SExtOpnd);
1924     TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, SExtForOpnd);
1925     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
1926     SExtForOpnd = nullptr;
1927   }
1928   if (SExtForOpnd == SExt) {
1929     DEBUG(dbgs() << "Sign extension is useless now\n");
1930     TPT.eraseInstruction(SExt);
1931   }
1932   return SExtOpnd;
1933 }
1934
1935 /// IsPromotionProfitable - Check whether or not promoting an instruction
1936 /// to a wider type was profitable.
1937 /// \p MatchedSize gives the number of instructions that have been matched
1938 /// in the addressing mode after the promotion was applied.
1939 /// \p SizeWithPromotion gives the number of created instructions for
1940 /// the promotion plus the number of instructions that have been
1941 /// matched in the addressing mode before the promotion.
1942 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
1943 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
1944 bool
1945 AddressingModeMatcher::IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize,
1946                                              unsigned SizeWithPromotion,
1947                                              Value *PromotedOperand) const {
1948   // We folded less instructions than what we created to promote the operand.
1949   // This is not profitable.
1950   if (MatchedSize < SizeWithPromotion)
1951     return false;
1952   if (MatchedSize > SizeWithPromotion)
1953     return true;
1954   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
1955   // loads for instance.
1956   // Check that we did not create an illegal instruction.
1957   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(PromotedOperand);
1958   if (!PromotedInst)
1959     return false;
1960   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
1961   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
1962   if (!ISDOpcode)
1963     return true;
1964   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
1965   return TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
1966                                       EVT::getEVT(PromotedInst->getType()));
1967 }
1968
1969 /// MatchOperationAddr - Given an instruction or constant expr, see if we can
1970 /// fold the operation into the addressing mode.  If so, update the addressing
1971 /// mode and return true, otherwise return false without modifying AddrMode.
1972 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
1973 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
1974 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
1975 /// because it has been moved away.
1976 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
1977 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
1978 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
1979 /// not be referenced anymore.
1980 bool AddressingModeMatcher::MatchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
1981                                                unsigned Depth,
1982                                                bool *MovedAway) {
1983   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
1984   if (Depth >= 5) return false;
1985
1986   // By default, all matched instructions stay in place.
1987   if (MovedAway)
1988     *MovedAway = false;
1989
1990   switch (Opcode) {
1991   case Instruction::PtrToInt:
1992     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
1993     return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
1994   case Instruction::IntToPtr:
1995     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
1996     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
1997         TLI.getPointerTy(AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace()))
1998       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
1999     return false;
2000   case Instruction::BitCast:
2001   case Instruction::AddrSpaceCast:
2002     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
2003     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
2004     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
2005          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
2006         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2007         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2008         // is doing.
2009         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2010       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2011     return false;
2012   case Instruction::Add: {
2013     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2014     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2015     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2016     // Start a transaction at this point.
2017     // The LHS may match but not the RHS.
2018     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2019     // matched operation.
2020     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2021         TPT.getRestorationPoint();
2022
2023     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2024         MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2025       return true;
2026
2027     // Restore the old addr mode info.
2028     AddrMode = BackupAddrMode;
2029     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2030     TPT.rollback(LastKnownGood);
2031
2032     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2033     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2034         MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2035       return true;
2036
2037     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2038     AddrMode = BackupAddrMode;
2039     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2040     TPT.rollback(LastKnownGood);
2041     break;
2042   }
2043   //case Instruction::Or:
2044   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2045   //break;
2046   case Instruction::Mul:
2047   case Instruction::Shl: {
2048     // Can only handle X*C and X << C.
2049     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2050     if (!RHS) return false;
2051     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2052     if (Opcode == Instruction::Shl)
2053       Scale = 1LL << Scale;
2054
2055     return MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2056   }
2057   case Instruction::GetElementPtr: {
2058     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2059     // one variable offset.
2060     int VariableOperand = -1;
2061     unsigned VariableScale = 0;
2062
2063     int64_t ConstantOffset = 0;
2064     const DataLayout *TD = TLI.getDataLayout();
2065     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2066     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2067       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2068         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
2069         unsigned Idx =
2070           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2071         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2072       } else {
2073         uint64_t TypeSize = TD->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2074         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2075           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2076         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2077           // We only allow one variable index at the moment.
2078           if (VariableOperand != -1)
2079             return false;
2080
2081           // Remember the variable index.
2082           VariableOperand = i;
2083           VariableScale = TypeSize;
2084         }
2085       }
2086     }
2087
2088     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2089     // just add it to the disp field and check validity.
2090     if (VariableOperand == -1) {
2091       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2092       if (ConstantOffset == 0 || TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)){
2093         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2094         if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2095           return true;
2096       }
2097       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2098       return false;
2099     }
2100
2101     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2102     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2103     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2104
2105     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2106     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2107
2108     // Match the base operand of the GEP.
2109     if (!MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2110       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2111       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2112         AddrMode = BackupAddrMode;
2113         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2114         return false;
2115       }
2116       AddrMode.HasBaseReg = true;
2117       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2118     }
2119
2120     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2121     if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2122                           Depth)) {
2123       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2124       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2125       AddrMode = BackupAddrMode;
2126       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2127       if (AddrMode.HasBaseReg)
2128         return false;
2129       AddrMode.HasBaseReg = true;
2130       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2131       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2132       if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2133                             VariableScale, Depth)) {
2134         // If even that didn't work, bail.
2135         AddrMode = BackupAddrMode;
2136         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2137         return false;
2138       }
2139     }
2140
2141     return true;
2142   }
2143   case Instruction::SExt: {
2144     // Try to move this sext out of the way of the addressing mode.
2145     Instruction *SExt = cast<Instruction>(AddrInst);
2146     // Ask for a method for doing so.
2147     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
2148         SExt, InsertedTruncs, TLI, PromotedInsts);
2149     if (!TPH)
2150       return false;
2151
2152     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2153         TPT.getRestorationPoint();
2154     unsigned CreatedInsts = 0;
2155     Value *PromotedOperand = TPH(SExt, TPT, PromotedInsts, CreatedInsts);
2156     // SExt has been moved away.
2157     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2158     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2159     // E.g.,
2160     // op = add opnd, 1
2161     // idx = sext op
2162     // addr = gep base, idx
2163     // is now:
2164     // promotedOpnd = sext opnd           <- no match here
2165     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2166     // addr = gep base, op                <- match
2167     if (MovedAway)
2168       *MovedAway = true;
2169
2170     assert(PromotedOperand &&
2171            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2172
2173     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2174     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2175
2176     if (!MatchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2177         !IsPromotionProfitable(AddrModeInsts.size(), OldSize + CreatedInsts,
2178                                PromotedOperand)) {
2179       AddrMode = BackupAddrMode;
2180       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2181       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2182       TPT.rollback(LastKnownGood);
2183       return false;
2184     }
2185     return true;
2186   }
2187   }
2188   return false;
2189 }
2190
2191 /// MatchAddr - If we can, try to add the value of 'Addr' into the current
2192 /// addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode this returns false and
2193 /// leaves AddrMode unmodified.  This assumes that Addr is either a pointer type
2194 /// or intptr_t for the target.
2195 ///
2196 bool AddressingModeMatcher::MatchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2197   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2198   // fails.
2199   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2200       TPT.getRestorationPoint();
2201   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2202     // Fold in immediates if legal for the target.
2203     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2204     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2205       return true;
2206     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2207   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2208     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2209     if (!AddrMode.BaseGV) {
2210       AddrMode.BaseGV = GV;
2211       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2212         return true;
2213       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2214     }
2215   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2216     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2217     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2218
2219     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2220     bool MovedAway = false;
2221     if (MatchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2222       // This instruction may have been move away. If so, there is nothing
2223       // to check here.
2224       if (MovedAway)
2225         return true;
2226       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2227       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2228       // register pressure too much.
2229       if (I->hasOneUse() ||
2230           IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2231         AddrModeInsts.push_back(I);
2232         return true;
2233       }
2234
2235       // It isn't profitable to do this, roll back.
2236       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2237       AddrMode = BackupAddrMode;
2238       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2239       TPT.rollback(LastKnownGood);
2240     }
2241   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2242     if (MatchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2243       return true;
2244     TPT.rollback(LastKnownGood);
2245   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2246     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2247     return true;
2248   }
2249
2250   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2251   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2252     AddrMode.HasBaseReg = true;
2253     AddrMode.BaseReg = Addr;
2254     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2255     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2256       return true;
2257     AddrMode.HasBaseReg = false;
2258     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2259   }
2260
2261   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2262   if (AddrMode.Scale == 0) {
2263     AddrMode.Scale = 1;
2264     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2265     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2266       return true;
2267     AddrMode.Scale = 0;
2268     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2269   }
2270   // Couldn't match.
2271   TPT.rollback(LastKnownGood);
2272   return false;
2273 }
2274
2275 /// IsOperandAMemoryOperand - Check to see if all uses of OpVal by the specified
2276 /// inline asm call are due to memory operands.  If so, return true, otherwise
2277 /// return false.
2278 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2279                                     const TargetLowering &TLI) {
2280   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints = TLI.ParseConstraints(ImmutableCallSite(CI));
2281   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2282     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2283
2284     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2285     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2286
2287     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
2288     // operand, we can't fold it!
2289     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
2290         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
2291          !OpInfo.isIndirect))
2292       return false;
2293   }
2294
2295   return true;
2296 }
2297
2298 /// FindAllMemoryUses - Recursively walk all the uses of I until we find a
2299 /// memory use.  If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
2300 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
2301 static bool FindAllMemoryUses(Instruction *I,
2302                 SmallVectorImpl<std::pair<Instruction*,unsigned> > &MemoryUses,
2303                               SmallPtrSet<Instruction*, 16> &ConsideredInsts,
2304                               const TargetLowering &TLI) {
2305   // If we already considered this instruction, we're done.
2306   if (!ConsideredInsts.insert(I))
2307     return false;
2308
2309   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
2310   if (!MightBeFoldableInst(I))
2311     return true;
2312
2313   // Loop over all the uses, recursively processing them.
2314   for (Use &U : I->uses()) {
2315     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2316
2317     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
2318       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
2319       continue;
2320     }
2321
2322     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
2323       unsigned opNo = U.getOperandNo();
2324       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
2325       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
2326       continue;
2327     }
2328
2329     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
2330       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
2331       if (!IA) return true;
2332
2333       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
2334       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI))
2335         return true;
2336       continue;
2337     }
2338
2339     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2340       return true;
2341   }
2342
2343   return false;
2344 }
2345
2346 /// ValueAlreadyLiveAtInst - Retrn true if Val is already known to be live at
2347 /// the use site that we're folding it into.  If so, there is no cost to
2348 /// include it in the addressing mode.  KnownLive1 and KnownLive2 are two values
2349 /// that we know are live at the instruction already.
2350 bool AddressingModeMatcher::ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
2351                                                    Value *KnownLive2) {
2352   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
2353   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
2354     return true;
2355
2356   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
2357   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
2358
2359   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
2360   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
2361   // live for the whole function.
2362   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
2363     if (AI->isStaticAlloca())
2364       return true;
2365
2366   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
2367   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
2368   // can reasonably fold it.
2369   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
2370 }
2371
2372 /// IsProfitableToFoldIntoAddressingMode - It is possible for the addressing
2373 /// mode of the machine to fold the specified instruction into a load or store
2374 /// that ultimately uses it.  However, the specified instruction has multiple
2375 /// uses.  Given this, it may actually increase register pressure to fold it
2376 /// into the load.  For example, consider this code:
2377 ///
2378 ///     X = ...
2379 ///     Y = X+1
2380 ///     use(Y)   -> nonload/store
2381 ///     Z = Y+1
2382 ///     load Z
2383 ///
2384 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
2385 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
2386 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
2387 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
2388 /// number of computations either.
2389 ///
2390 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
2391 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
2392 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
2393 bool AddressingModeMatcher::
2394 IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
2395                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
2396   if (IgnoreProfitability) return true;
2397
2398   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
2399   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
2400   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
2401   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
2402   // address extends the lifetime of.
2403   //
2404   // Note that there are only two potential values being referenced here,
2405   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
2406   // folded immediates).
2407   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
2408
2409   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
2410   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
2411   if (ValueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2412     BaseReg = nullptr;
2413   if (ValueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2414     ScaledReg = nullptr;
2415
2416   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
2417   // ranges, we're ok with it.
2418   if (!BaseReg && !ScaledReg)
2419     return true;
2420
2421   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
2422   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
2423   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
2424   // uses.
2425   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
2426   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
2427   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2428     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
2429
2430   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
2431   // computation involving only operations that could theoretically be folded
2432   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
2433   // *actually* fold the instruction.
2434   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
2435   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
2436     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
2437     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
2438
2439     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
2440     // know what it accesses.
2441     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
2442     if (!Address->getType()->isPointerTy())
2443       return false;
2444     Type *AddressAccessTy = Address->getType()->getPointerElementType();
2445
2446     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
2447     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
2448     // *actually* cover the shared instruction.
2449     ExtAddrMode Result;
2450     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2451         TPT.getRestorationPoint();
2452     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TLI, AddressAccessTy,
2453                                   MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
2454                                   PromotedInsts, TPT);
2455     Matcher.IgnoreProfitability = true;
2456     bool Success = Matcher.MatchAddr(Address, 0);
2457     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2458
2459     // The match was to check the profitability, the changes made are not
2460     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
2461     // otherwise the original matcher will not present the right state.
2462     TPT.rollback(LastKnownGood);
2463
2464     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
2465     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
2466                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
2467       return false;
2468
2469     MatchedAddrModeInsts.clear();
2470   }
2471
2472   return true;
2473 }
2474
2475 } // end anonymous namespace
2476
2477 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
2478 /// different basic block than BB.
2479 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
2480   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2481     return I->getParent() != BB;
2482   return false;
2483 }
2484
2485 /// OptimizeMemoryInst - Load and Store Instructions often have
2486 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
2487 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
2488 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
2489 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
2490 /// stuff into the block as possible.
2491 ///
2492 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
2493 /// operands.
2494 bool CodeGenPrepare::OptimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
2495                                         Type *AccessTy) {
2496   Value *Repl = Addr;
2497
2498   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
2499   // unprofitable PRE transformations.
2500   SmallVector<Value*, 8> worklist;
2501   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
2502   worklist.push_back(Addr);
2503
2504   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
2505   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
2506   // are equivalent.
2507   Value *Consensus = nullptr;
2508   unsigned NumUsesConsensus = 0;
2509   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
2510   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
2511   ExtAddrMode AddrMode;
2512   TypePromotionTransaction TPT;
2513   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2514       TPT.getRestorationPoint();
2515   while (!worklist.empty()) {
2516     Value *V = worklist.back();
2517     worklist.pop_back();
2518
2519     // Break use-def graph loops.
2520     if (!Visited.insert(V)) {
2521       Consensus = nullptr;
2522       break;
2523     }
2524
2525     // For a PHI node, push all of its incoming values.
2526     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2527       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2528         worklist.push_back(P->getIncomingValue(i));
2529       continue;
2530     }
2531
2532     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
2533     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
2534     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
2535         V, AccessTy, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TLI, InsertedTruncsSet,
2536         PromotedInsts, TPT);
2537
2538     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
2539     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
2540     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
2541     // regression.
2542     if (!Consensus) {
2543       Consensus = V;
2544       AddrMode = NewAddrMode;
2545       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2546       continue;
2547     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
2548       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
2549         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
2550         IsNumUsesConsensusValid = true;
2551       }
2552
2553       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
2554       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
2555       // such root as representative, select the one with the most uses in order
2556       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
2557       // applicable.
2558       unsigned NumUses = V->getNumUses();
2559       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
2560         Consensus = V;
2561         NumUsesConsensus = NumUses;
2562         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2563       }
2564       continue;
2565     }
2566
2567     Consensus = nullptr;
2568     break;
2569   }
2570
2571   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
2572   // ones were determined, bail out now.
2573   if (!Consensus) {
2574     TPT.rollback(LastKnownGood);
2575     return false;
2576   }
2577   TPT.commit();
2578
2579   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
2580   // non-local to I's BB.
2581   bool AnyNonLocal = false;
2582   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
2583     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
2584       AnyNonLocal = true;
2585       break;
2586     }
2587   }
2588
2589   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
2590   if (!AnyNonLocal) {
2591     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
2592     return false;
2593   }
2594
2595   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
2596   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
2597   // guaranteed to happen later.
2598   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
2599
2600   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
2601   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
2602   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
2603   // computation.
2604   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
2605   if (SunkAddr) {
2606     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2607                  << *MemoryInst << "\n");
2608     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2609       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2610   } else if (AddrSinkUsingGEPs || (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() &&
2611                TM && TM->getSubtarget<TargetSubtargetInfo>().useAA())) {
2612     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
2613     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
2614     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2615                  << *MemoryInst << "\n");
2616     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2617     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
2618
2619     // First, find the pointer.
2620     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
2621       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
2622       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2623     }
2624
2625     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
2626       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
2627       // pointer (both of which seem meaningless).
2628       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
2629         return false;
2630
2631       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
2632       AddrMode.Scale = 0;
2633     }
2634
2635     if (AddrMode.BaseGV) {
2636       if (ResultPtr)
2637         return false;
2638
2639       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
2640     }
2641
2642     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
2643     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
2644     // use it here.
2645     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
2646       ResultPtr =
2647         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2648       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2649     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
2650       ResultPtr =
2651         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2652       AddrMode.Scale = 0;
2653     }
2654
2655     if (!ResultPtr &&
2656         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
2657       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2658     } else if (!ResultPtr) {
2659       return false;
2660     } else {
2661       Type *I8PtrTy =
2662         Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
2663
2664       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2665       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2666       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2667       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2668       // we'd end up sinking both muls.
2669       if (AddrMode.BaseReg) {
2670         Value *V = AddrMode.BaseReg;
2671         if (V->getType() != IntPtrTy)
2672           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2673
2674         ResultIndex = V;
2675       }
2676
2677       // Add the scale value.
2678       if (AddrMode.Scale) {
2679         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2680         if (V->getType() == IntPtrTy) {
2681           // done.
2682         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2683                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2684           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2685         } else {
2686           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2687           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2688           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2689           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2690           // do not match instead of extending it.
2691           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
2692           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
2693             I->eraseFromParent();
2694           return false;
2695         }
2696
2697         if (AddrMode.Scale != 1)
2698           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2699                                 "sunkaddr");
2700         if (ResultIndex)
2701           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
2702         else
2703           ResultIndex = V;
2704       }
2705
2706       // Add in the Base Offset if present.
2707       if (AddrMode.BaseOffs) {
2708         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2709         if (ResultIndex) {
2710           // We need to add this separately from the scale above to help with
2711           // SDAG consecutive load/store merging.
2712           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2713             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2714           ResultPtr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2715         }
2716
2717         ResultIndex = V;
2718       }
2719
2720       if (!ResultIndex) {
2721         SunkAddr = ResultPtr;
2722       } else {
2723         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2724           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2725         SunkAddr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2726       }
2727
2728       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2729         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2730     }
2731   } else {
2732     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2733                  << *MemoryInst << "\n");
2734     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2735     Value *Result = nullptr;
2736
2737     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2738     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2739     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2740     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2741     // we'd end up sinking both muls.
2742     if (AddrMode.BaseReg) {
2743       Value *V = AddrMode.BaseReg;
2744       if (V->getType()->isPointerTy())
2745         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2746       if (V->getType() != IntPtrTy)
2747         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2748       Result = V;
2749     }
2750
2751     // Add the scale value.
2752     if (AddrMode.Scale) {
2753       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2754       if (V->getType() == IntPtrTy) {
2755         // done.
2756       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
2757         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2758       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2759                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2760         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2761       } else {
2762         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2763         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2764         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2765         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2766         // do not match instead of extending it.
2767         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
2768         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
2769           I->eraseFromParent();
2770         return false;
2771       }
2772       if (AddrMode.Scale != 1)
2773         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2774                               "sunkaddr");
2775       if (Result)
2776         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2777       else
2778         Result = V;
2779     }
2780
2781     // Add in the BaseGV if present.
2782     if (AddrMode.BaseGV) {
2783       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
2784       if (Result)
2785         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2786       else
2787         Result = V;
2788     }
2789
2790     // Add in the Base Offset if present.
2791     if (AddrMode.BaseOffs) {
2792       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2793       if (Result)
2794         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2795       else
2796         Result = V;
2797     }
2798
2799     if (!Result)
2800       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2801     else
2802       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
2803   }
2804
2805   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
2806
2807   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
2808   // using it.
2809   if (Repl->use_empty()) {
2810     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
2811     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
2812     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
2813     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
2814
2815     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
2816
2817     if (IterHandle != CurInstIterator) {
2818       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
2819       // start of the block.
2820       CurInstIterator = BB->begin();
2821       SunkAddrs.clear();
2822     }
2823   }
2824   ++NumMemoryInsts;
2825   return true;
2826 }
2827
2828 /// OptimizeInlineAsmInst - If there are any memory operands, use
2829 /// OptimizeMemoryInst to sink their address computing into the block when
2830 /// possible / profitable.
2831 bool CodeGenPrepare::OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
2832   bool MadeChange = false;
2833
2834   TargetLowering::AsmOperandInfoVector
2835     TargetConstraints = TLI->ParseConstraints(CS);
2836   unsigned ArgNo = 0;
2837   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2838     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2839
2840     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2841     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2842
2843     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
2844         OpInfo.isIndirect) {
2845       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
2846       MadeChange |= OptimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType());
2847     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
2848       ArgNo++;
2849   }
2850
2851   return MadeChange;
2852 }
2853
2854 /// MoveExtToFormExtLoad - Move a zext or sext fed by a load into the same
2855 /// basic block as the load, unless conditions are unfavorable. This allows
2856 /// SelectionDAG to fold the extend into the load.
2857 ///
2858 bool CodeGenPrepare::MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I) {
2859   // Look for a load being extended.
2860   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0));
2861   if (!LI) return false;
2862
2863   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
2864   if (LI->getParent() == I->getParent())
2865     return false;
2866
2867   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
2868   // isn't worthwhile.
2869   if (!LI->hasOneUse() &&
2870       TLI && (TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(LI->getType())) ||
2871               !TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(I->getType()))) &&
2872       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType()))
2873     return false;
2874
2875   // Check whether the target supports casts folded into loads.
2876   unsigned LType;
2877   if (isa<ZExtInst>(I))
2878     LType = ISD::ZEXTLOAD;
2879   else {
2880     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
2881     LType = ISD::SEXTLOAD;
2882   }
2883   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, TLI->getValueType(LI->getType())))
2884     return false;
2885
2886   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
2887   // can fold it.
2888   I->removeFromParent();
2889   I->insertAfter(LI);
2890   ++NumExtsMoved;
2891   return true;
2892 }
2893
2894 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
2895   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
2896
2897   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
2898   // other uses of the source with result of extension.
2899   Value *Src = I->getOperand(0);
2900   if (Src->hasOneUse())
2901     return false;
2902
2903   // Only do this xform if truncating is free.
2904   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
2905     return false;
2906
2907   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
2908   // this block.
2909   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
2910     return false;
2911
2912   bool DefIsLiveOut = false;
2913   for (User *U : I->users()) {
2914     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2915
2916     // Figure out which BB this ext is used in.
2917     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2918     if (UserBB == DefBB) continue;
2919     DefIsLiveOut = true;
2920     break;
2921   }
2922   if (!DefIsLiveOut)
2923     return false;
2924
2925   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
2926   for (User *U : Src->users()) {
2927     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2928     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2929     if (UserBB == DefBB) continue;
2930     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
2931     // reloads just before load / store instructions.
2932     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
2933       return false;
2934   }
2935
2936   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
2937   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
2938
2939   bool MadeChange = false;
2940   for (Use &U : Src->uses()) {
2941     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
2942
2943     // Figure out which BB this ext is used in.
2944     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
2945     if (UserBB == DefBB) continue;
2946
2947     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
2948     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
2949
2950     if (!InsertedTrunc) {
2951       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
2952       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
2953       InsertedTruncsSet.insert(InsertedTrunc);
2954     }
2955
2956     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
2957     U = InsertedTrunc;
2958     ++NumExtUses;
2959     MadeChange = true;
2960   }
2961
2962   return MadeChange;
2963 }
2964
2965 /// isFormingBranchFromSelectProfitable - Returns true if a SelectInst should be
2966 /// turned into an explicit branch.
2967 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
2968   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
2969   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
2970   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
2971   // case currently.
2972
2973   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
2974
2975   // If the branch is predicted right, an out of order CPU can avoid blocking on
2976   // the compare.  Emit cmovs on compares with a memory operand as branches to
2977   // avoid stalls on the load from memory.  If the compare has more than one use
2978   // there's probably another cmov or setcc around so it's not worth emitting a
2979   // branch.
2980   if (!Cmp)
2981     return false;
2982
2983   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
2984   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
2985
2986   // We check that the memory operand has one use to avoid uses of the loaded
2987   // value directly after the compare, making branches unprofitable.
2988   return Cmp->hasOneUse() &&
2989          ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
2990           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
2991 }
2992
2993
2994 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
2995 /// turn it into a branch.
2996 bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
2997   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
2998
2999   // Can we convert the 'select' to CF ?
3000   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
3001     return false;
3002
3003   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3004   if (VectorCond)
3005     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3006   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3007     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3008   else
3009     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3010
3011   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3012   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3013     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3014     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3015     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3016         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3017       return false;
3018   }
3019
3020   ModifiedDT = true;
3021
3022   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3023   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3024   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3025   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3026
3027   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3028   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3029                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3030
3031   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3032   // landing pad block.
3033   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3034   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3035
3036   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3037   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3038
3039   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3040   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", NextBlock->begin());
3041   PN->takeName(SI);
3042   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3043   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3044   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3045   SI->eraseFromParent();
3046
3047   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3048   CurInstIterator = StartBlock->end();
3049   ++NumSelectsExpanded;
3050   return true;
3051 }
3052
3053 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3054   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3055   int SplatElem = -1;
3056   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3057     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3058       return false;
3059     SplatElem = Mask[i];
3060   }
3061
3062   return true;
3063 }
3064
3065 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3066 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3067 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3068 /// codegen can spot all lanes are identical.
3069 bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3070   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3071
3072   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3073   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3074     return false;
3075
3076   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3077   // constant splat.
3078   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3079     return false;
3080
3081   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3082   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3083
3084   bool MadeChange = false;
3085   for (User *U : SVI->users()) {
3086     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3087
3088     // Figure out which BB this ext is used in.
3089     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3090     if (UserBB == DefBB) continue;
3091
3092     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3093     if (!UI->isShift()) continue;
3094
3095     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3096     // already have a copy.
3097     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3098
3099     if (!InsertedShuffle) {
3100       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3101       InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
3102                                               SVI->getOperand(1),
3103                                               SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
3104     }
3105
3106     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3107     MadeChange = true;
3108   }
3109
3110   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3111   if (SVI->use_empty()) {
3112     SVI->eraseFromParent();
3113     MadeChange = true;
3114   }
3115
3116   return MadeChange;
3117 }
3118
3119 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I) {
3120   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3121     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
3122     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
3123     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
3124     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
3125                                        TLInfo, DT)) {
3126       P->replaceAllUsesWith(V);
3127       P->eraseFromParent();
3128       ++NumPHIsElim;
3129       return true;
3130     }
3131     return false;
3132   }
3133
3134   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3135     // If the source of the cast is a constant, then this should have
3136     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
3137     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
3138     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
3139     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
3140     // want to forward-subst the cast.
3141     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
3142       return false;
3143
3144     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI))
3145       return true;
3146
3147     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
3148       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
3149       /// fit in one register
3150       if (TLI && TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
3151                                     TLI->getValueType(CI->getType())) ==
3152                      TargetLowering::TypeExpandInteger) {
3153         return SinkCast(CI);
3154       } else {
3155         bool MadeChange = MoveExtToFormExtLoad(I);
3156         return MadeChange | OptimizeExtUses(I);
3157       }
3158     }
3159     return false;
3160   }
3161
3162   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3163     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
3164       return OptimizeCmpExpression(CI);
3165
3166   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3167     if (TLI)
3168       return OptimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType());
3169     return false;
3170   }
3171
3172   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3173     if (TLI)
3174       return OptimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
3175                                 SI->getOperand(0)->getType());
3176     return false;
3177   }
3178
3179   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
3180
3181   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
3182                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
3183     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
3184     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
3185       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI);
3186
3187     return false;
3188   }
3189
3190   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
3191     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
3192       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
3193       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
3194                                         GEPI->getName(), GEPI);
3195       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
3196       GEPI->eraseFromParent();
3197       ++NumGEPsElim;
3198       OptimizeInst(NC);
3199       return true;
3200     }
3201     return false;
3202   }
3203
3204   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3205     return OptimizeCallInst(CI);
3206
3207   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
3208     return OptimizeSelectInst(SI);
3209
3210   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
3211     return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
3212
3213   return false;
3214 }
3215
3216 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
3217 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
3218 // selection.
3219 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB) {
3220   SunkAddrs.clear();
3221   bool MadeChange = false;
3222
3223   CurInstIterator = BB.begin();
3224   while (CurInstIterator != BB.end())
3225     MadeChange |= OptimizeInst(CurInstIterator++);
3226
3227   MadeChange |= DupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
3228
3229   return MadeChange;
3230 }
3231
3232 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
3233 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
3234 // find a node corresponding to the value.
3235 bool CodeGenPrepare::PlaceDbgValues(Function &F) {
3236   bool MadeChange = false;
3237   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3238     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
3239     for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE;) {
3240       Instruction *Insn = BI; ++BI;
3241       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
3242       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
3243       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
3244       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
3245       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
3246       // where said address is used.
3247       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
3248         PrevNonDbgInst = Insn;
3249         continue;
3250       }
3251
3252       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
3253       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
3254         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
3255         DVI->removeFromParent();
3256         if (isa<PHINode>(VI))
3257           DVI->insertBefore(VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
3258         else
3259           DVI->insertAfter(VI);
3260         MadeChange = true;
3261         ++NumDbgValueMoved;
3262       }
3263     }
3264   }
3265   return MadeChange;
3266 }
3267
3268 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
3269 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
3270 // target supports folding these into a single instruction, sink the
3271 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
3272 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
3273 // searched for.
3274 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
3275   if (!EnableAndCmpSinking)
3276     return false;
3277   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
3278     return false;
3279   bool MadeChange = false;
3280   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
3281     BasicBlock *BB = I++;
3282
3283     // Does this BB end with the following?
3284     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
3285     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
3286     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
3287     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3288     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
3289       continue;
3290     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
3291     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
3292       continue;
3293     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
3294     if (!Zero || !Zero->isZero())
3295       continue;
3296     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
3297     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
3298       continue;
3299     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
3300     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
3301       continue;
3302     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
3303
3304     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
3305     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
3306     // track of which BBs we insert into.
3307     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
3308          UI != E; ) {
3309       Use &TheUse = *UI;
3310       // Find brcc use.
3311       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
3312       ++UI;
3313       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
3314         continue;
3315       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
3316       if (UserBB == BB) continue;
3317       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
3318
3319       // Sink the "and; icmp" to use.
3320       MadeChange = true;
3321       BinaryOperator *NewAnd =
3322         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
3323                                   BrccUser);
3324       CmpInst *NewCmp =
3325         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
3326                         "", BrccUser);
3327       TheUse = NewCmp;
3328       ++NumAndCmpsMoved;
3329       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
3330     }
3331   }
3332   return MadeChange;
3333 }