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