[PM] Port instcombine to the new pass manager!
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
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 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
37 #include "InstCombineInternal.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
43 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
44 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
45 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
46 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
47 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
48 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
49 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
50 #include "llvm/IR/CFG.h"
51 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
52 #include "llvm/IR/Dominators.h"
53 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
54 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
55 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
56 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
57 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
58 #include "llvm/Support/Debug.h"
59 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
60 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
61 #include <algorithm>
62 #include <climits>
63 using namespace llvm;
64 using namespace llvm::PatternMatch;
65
66 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
67
68 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
69 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
70 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
71 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
72 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
73 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
74 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
75
76 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
77   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
78 }
79
80 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
81 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
82 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
83 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
84   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
85
86   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
87   if (!DL) return false;
88
89   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
90   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
91   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
92   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
93
94   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
95   // type, don't do the transformation.
96   if (FromLegal && !ToLegal)
97     return false;
98
99   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
100   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
101   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
102     return false;
103
104   return true;
105 }
106
107 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
108 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
109 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
110 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
111 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
112 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
113   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
114   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
115     return false;
116   }
117
118   // We reason about Add and Sub Only.
119   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
120   if (Opcode != Instruction::Add &&
121       Opcode != Instruction::Sub) {
122     return false;
123   }
124
125   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
126   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
127
128   if (!CB || !CC) {
129     return false;
130   }
131
132   const APInt &BVal = CB->getValue();
133   const APInt &CVal = CC->getValue();
134   bool Overflow = false;
135
136   if (Opcode == Instruction::Add) {
137     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
138   } else {
139     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
140   }
141
142   return !Overflow;
143 }
144
145 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
146 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
147 /// preserved.
148 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
149   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
150   if (!FPMO) {
151     I.clearSubclassOptionalData();
152     return;
153   }
154
155   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
156   I.clearSubclassOptionalData();
157   I.setFastMathFlags(FMF);
158 }
159
160 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
161 /// operators which are associative or commutative:
162 //
163 //  Commutative operators:
164 //
165 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
166 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
167 //     binary operators.
168 //
169 //  Associative operators:
170 //
171 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
172 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
173 //
174 //  Associative and commutative operators:
175 //
176 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
177 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
178 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
179 //     if C1 and C2 are constants.
180 //
181 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
182   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
183   bool Changed = false;
184
185   do {
186     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
187     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
188     // binary operators.
189     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
190         getComplexity(I.getOperand(1)))
191       Changed = !I.swapOperands();
192
193     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
194     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
195
196     if (I.isAssociative()) {
197       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
198       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
199         Value *A = Op0->getOperand(0);
200         Value *B = Op0->getOperand(1);
201         Value *C = I.getOperand(1);
202
203         // Does "B op C" simplify?
204         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
205           // It simplifies to V.  Form "A op V".
206           I.setOperand(0, A);
207           I.setOperand(1, V);
208           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
209           // preserved by the reassociation.
210           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
211               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
212             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
213             // the operands to Op0.
214             I.clearSubclassOptionalData();
215             I.setHasNoSignedWrap(true);
216           } else {
217             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
218           }
219
220           Changed = true;
221           ++NumReassoc;
222           continue;
223         }
224       }
225
226       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
227       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
228         Value *A = I.getOperand(0);
229         Value *B = Op1->getOperand(0);
230         Value *C = Op1->getOperand(1);
231
232         // Does "A op B" simplify?
233         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
234           // It simplifies to V.  Form "V op C".
235           I.setOperand(0, V);
236           I.setOperand(1, C);
237           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
238           // preserved by the reassociation.
239           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
240           Changed = true;
241           ++NumReassoc;
242           continue;
243         }
244       }
245     }
246
247     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
248       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
249       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
250         Value *A = Op0->getOperand(0);
251         Value *B = Op0->getOperand(1);
252         Value *C = I.getOperand(1);
253
254         // Does "C op A" simplify?
255         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
256           // It simplifies to V.  Form "V op B".
257           I.setOperand(0, V);
258           I.setOperand(1, B);
259           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
260           // preserved by the reassociation.
261           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
262           Changed = true;
263           ++NumReassoc;
264           continue;
265         }
266       }
267
268       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
269       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
270         Value *A = I.getOperand(0);
271         Value *B = Op1->getOperand(0);
272         Value *C = Op1->getOperand(1);
273
274         // Does "C op A" simplify?
275         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
276           // It simplifies to V.  Form "B op V".
277           I.setOperand(0, B);
278           I.setOperand(1, V);
279           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
280           // preserved by the reassociation.
281           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
282           Changed = true;
283           ++NumReassoc;
284           continue;
285         }
286       }
287
288       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
289       // if C1 and C2 are constants.
290       if (Op0 && Op1 &&
291           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
292           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
293           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
294           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
295         Value *A = Op0->getOperand(0);
296         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
297         Value *B = Op1->getOperand(0);
298         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
299
300         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
301         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
302         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
303           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
304           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
305           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
306           New->setFastMathFlags(Flags);
307         }
308         InsertNewInstWith(New, I);
309         New->takeName(Op1);
310         I.setOperand(0, New);
311         I.setOperand(1, Folded);
312         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
313         // preserved by the reassociation.
314         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
315
316         Changed = true;
317         continue;
318       }
319     }
320
321     // No further simplifications.
322     return Changed;
323   } while (1);
324 }
325
326 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
327 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
328 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
329                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
330   switch (LOp) {
331   default:
332     return false;
333
334   case Instruction::And:
335     // And distributes over Or and Xor.
336     switch (ROp) {
337     default:
338       return false;
339     case Instruction::Or:
340     case Instruction::Xor:
341       return true;
342     }
343
344   case Instruction::Mul:
345     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
346     switch (ROp) {
347     default:
348       return false;
349     case Instruction::Add:
350     case Instruction::Sub:
351       return true;
352     }
353
354   case Instruction::Or:
355     // Or distributes over And.
356     switch (ROp) {
357     default:
358       return false;
359     case Instruction::And:
360       return true;
361     }
362   }
363 }
364
365 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
366 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
367 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
368                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
369   if (Instruction::isCommutative(ROp))
370     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
371
372   switch (LOp) {
373   default:
374     return false;
375   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
376   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
377   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
378   case Instruction::And:
379   case Instruction::Or:
380   case Instruction::Xor:
381     switch (ROp) {
382     default:
383       return false;
384     case Instruction::Shl:
385     case Instruction::LShr:
386     case Instruction::AShr:
387       return true;
388     }
389   }
390   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
391   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
392   // such subtleties.
393   return false;
394 }
395
396 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
397 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
398 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
399   if (isa<Constant>(V))
400     return nullptr;
401
402   if (OpCode == Instruction::Mul)
403     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
404
405   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
406
407   return nullptr;
408 }
409
410 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
411 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
412 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
413 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
414 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
415 /// RHS to 4.
416 static Instruction::BinaryOps
417 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
418                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
419   if (!Op)
420     return Instruction::BinaryOpsEnd;
421
422   LHS = Op->getOperand(0);
423   RHS = Op->getOperand(1);
424
425   switch (TopLevelOpcode) {
426   default:
427     return Op->getOpcode();
428
429   case Instruction::Add:
430   case Instruction::Sub:
431     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
432       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
433         // The multiplier is really 1 << CST.
434         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
435         return Instruction::Mul;
436       }
437     }
438     return Op->getOpcode();
439   }
440
441   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
442 }
443
444 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
445 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
446 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
447                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
448                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
449                                Value *B, Value *C, Value *D) {
450
451   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
452   // Checking A and C should be enough.
453   if (!A || !C || !B || !D)
454     return nullptr;
455
456   Value *SimplifiedInst = nullptr;
457   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
458   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
459
460   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
461   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
462
463   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
464   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
465     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
466     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
467     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
468       if (A != C)
469         std::swap(C, D);
470       // Consider forming "A op' (B op D)".
471       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
472       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
473       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
474       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
475       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
476         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
477       if (V) {
478         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
479       }
480     }
481
482   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
483   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
484     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
485     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
486     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
487       if (B != D)
488         std::swap(C, D);
489       // Consider forming "(A op C) op' B".
490       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
491       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
492
493       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
494       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
495       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
496         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
497       if (V) {
498         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
499       }
500     }
501
502   if (SimplifiedInst) {
503     ++NumFactor;
504     SimplifiedInst->takeName(&I);
505
506     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
507     // TODO: Check for NUW.
508     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
509       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
510         bool HasNSW = false;
511         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
512           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
513
514         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
515           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
516             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
517
518         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
519           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
520             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
521         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
522       }
523     }
524   }
525   return SimplifiedInst;
526 }
527
528 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
529 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
530 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
531 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
532 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
533 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
534   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
535   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
536   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
537
538   // Factorization.
539   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
540   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
541   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
542   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
543
544   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
545   // a common term.
546   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
547     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
548       return V;
549   }
550
551   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
552   // term.
553   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
554                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
555     return V;
556
557   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
558   // term.
559   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
560                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
561     return V;
562
563   // Expansion.
564   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
565     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
566     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
567     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
568     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
569
570     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
571     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
572       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
573         // They do! Return "L op' R".
574         ++NumExpand;
575         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
576         if ((L == A && R == B) ||
577             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
578           return Op0;
579         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
580         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
581           return V;
582         // Otherwise, create a new instruction.
583         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
584         C->takeName(&I);
585         return C;
586       }
587   }
588
589   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
590     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
591     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
592     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
593     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
594
595     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
596     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
597       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
598         // They do! Return "L op' R".
599         ++NumExpand;
600         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
601         if ((L == B && R == C) ||
602             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
603           return Op1;
604         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
605         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
606           return V;
607         // Otherwise, create a new instruction.
608         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
609         A->takeName(&I);
610         return A;
611       }
612   }
613
614   return nullptr;
615 }
616
617 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
618 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
619 //
620 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
621   if (BinaryOperator::isNeg(V))
622     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
623
624   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
625   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
626     return ConstantExpr::getNeg(C);
627
628   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
629     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
630       return ConstantExpr::getNeg(C);
631
632   return nullptr;
633 }
634
635 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
636 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
637 // form).
638 //
639 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
640   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
641     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
642
643   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
644   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
645     return ConstantExpr::getFNeg(C);
646
647   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
648     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
649       return ConstantExpr::getFNeg(C);
650
651   return nullptr;
652 }
653
654 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
655                                              InstCombiner *IC) {
656   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
657     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
658   }
659
660   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
661   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
662   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
663
664   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
665     if (ConstIsRHS)
666       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
667     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
668   }
669
670   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
671   if (!ConstIsRHS)
672     std::swap(Op0, Op1);
673
674   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
675     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
676                                     SO->getName()+".op");
677     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
678     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
679       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
680     return RI;
681   }
682   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
683     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
684                                    SO->getName()+".cmp");
685   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
686     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
687                                    SO->getName()+".cmp");
688   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
689 }
690
691 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
692 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
693 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
694 // not have a second operand.
695 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
696   // Don't modify shared select instructions
697   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
698   Value *TV = SI->getOperand(1);
699   Value *FV = SI->getOperand(2);
700
701   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
702     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
703     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
704
705     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
706     // elements on both sides.
707     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
708       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
709       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
710
711       // Verify that either both or neither are vectors.
712       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
713       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
714       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
715         return nullptr;
716     }
717
718     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
719     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
720
721     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
722                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
723   }
724   return nullptr;
725 }
726
727
728 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
729 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
730 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
731 ///
732 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
733   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
734   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
735   if (NumPHIValues == 0)
736     return nullptr;
737
738   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
739   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
740   // uses into the PHI.
741   if (!PN->hasOneUse()) {
742     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
743     for (User *U : PN->users()) {
744       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
745       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
746         return nullptr;
747     }
748     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
749   }
750
751   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
752   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
753   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
754   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
755   // their computation can be expensive without a cost model.
756   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
757   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
758     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
759     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
760       continue;
761
762     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
763     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
764
765     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
766
767     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
768     // insert a computation after it without breaking the edge.
769     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
770       if (II->getParent() == NonConstBB)
771         return nullptr;
772
773     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
774     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
775     // instcombine.
776     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, DT, LI))
777       return nullptr;
778   }
779
780   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
781   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
782   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
783   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
784   if (NonConstBB != nullptr) {
785     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
786     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
787   }
788
789   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
790   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
791   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
792   NewPN->takeName(PN);
793
794   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
795   // predecessors terminator.
796   if (NonConstBB)
797     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
798
799   // Next, add all of the operands to the PHI.
800   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
801     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
802     // not the true/false values.
803     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
804     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
805     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
806     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
807       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
808       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
809       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
810       Value *InV = nullptr;
811       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
812       // even if currently isNullValue gives false.
813       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
814       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
815         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
816       else
817         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
818                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
819       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
820     }
821   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
822     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
823     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
824       Value *InV = nullptr;
825       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
826         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
827       else if (isa<ICmpInst>(CI))
828         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
829                                   C, "phitmp");
830       else
831         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
832                                   C, "phitmp");
833       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
834     }
835   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
836     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
837     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
838       Value *InV = nullptr;
839       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
840         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
841       else
842         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
843                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
844       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
845     }
846   } else {
847     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
848     Type *RetTy = CI->getType();
849     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
850       Value *InV;
851       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
852         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
853       else
854         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
855                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
856       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
857     }
858   }
859
860   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
861     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
862     if (User == &I) continue;
863     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
864     EraseInstFromFunction(*User);
865   }
866   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
867 }
868
869 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
870 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
871 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
872 /// return the resultant element type, otherwise return null.
873 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
874                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
875   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
876
877   if (!DL)
878     return nullptr;
879
880   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
881   if (!Ty->isSized())
882     return nullptr;
883
884   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
885   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
886   // is something like [0 x {int, int}]
887   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
888   int64_t FirstIdx = 0;
889   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
890     FirstIdx = Offset/TySize;
891     Offset -= FirstIdx*TySize;
892
893     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
894     if (Offset < 0) {
895       --FirstIdx;
896       Offset += TySize;
897       assert(Offset >= 0);
898     }
899     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
900   }
901
902   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
903
904   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
905   while (Offset) {
906     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
907     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
908       return nullptr;
909
910     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
911       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
912       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
913              "Offset must stay within the indexed type");
914
915       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
916       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
917                                             Elt));
918
919       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
920       Ty = STy->getElementType(Elt);
921     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
922       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
923       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
924       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
925       Offset %= EltSize;
926       Ty = AT->getElementType();
927     } else {
928       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
929       return nullptr;
930     }
931   }
932
933   return Ty;
934 }
935
936 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
937   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
938   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
939   // the indices.
940   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
941       !Src.hasOneUse())
942     return false;
943   return true;
944 }
945
946 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
947 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
948 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
949   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
950   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
951          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
952
953   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
954   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
955     NoSignedWrap = true;
956     return Val;
957   }
958
959   // If Scale is zero then it does not divide Val.
960   if (Scale.isMinValue())
961     return nullptr;
962
963   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
964   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
965   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
966   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
967   // down from Val:
968   //
969   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
970   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
971   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
972   //
973   // Then to modify a term at the bottom:
974   //
975   //     Val = M1 * X
976   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
977   //
978   // Then to work back up correcting nsw flags.
979
980   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
981   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
982   Value *Op = Val;
983
984   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
985   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
986   // 0'th operand of Val.
987   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
988
989   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
990   // levels that doesn't overflow.
991   bool RequireNoSignedWrap = false;
992
993   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
994   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
995
996   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
997
998     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
999       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1000       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1001       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1002       if (!Remainder.isMinValue())
1003         // Not divisible by Scale.
1004         return nullptr;
1005       // Replace with the quotient in the parent.
1006       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1007       NoSignedWrap = true;
1008       break;
1009     }
1010
1011     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1012
1013       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1014         // Multiplication.
1015         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1016         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1017           return nullptr;
1018
1019         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1020         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1021         // multiplication by something else.
1022         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1023         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1024
1025         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1026           // Multiplication by a constant.
1027           if (CI->getValue() == Scale) {
1028             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1029             // by its left-hand side in the parent.
1030             Op = LHS;
1031             break;
1032           }
1033
1034           // Otherwise drill down into the constant.
1035           if (!Op->hasOneUse())
1036             return nullptr;
1037
1038           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1039           continue;
1040         }
1041
1042         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1043         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1044         if (!Op->hasOneUse())
1045           return nullptr;
1046
1047         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1048         continue;
1049       }
1050
1051       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1052           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1053         // Multiplication by a power of 2.
1054         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1055         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1056           return nullptr;
1057
1058         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1059         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1060           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1061         // Op = LHS << Amt.
1062
1063         if (Amt == logScale) {
1064           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1065           // by its left-hand side in the parent.
1066           Op = LHS;
1067           break;
1068         }
1069         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1070           return nullptr;
1071
1072         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1073         // by the scale in the parent.
1074         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1075         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1076         break;
1077       }
1078     }
1079
1080     if (!Op->hasOneUse())
1081       return nullptr;
1082
1083     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1084       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1085         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1086         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1087         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1088         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1089         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1090         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1091         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1092         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1093         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1094           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1095           return nullptr;
1096         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1097         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1098         RequireNoSignedWrap = true;
1099
1100         // Drill down through the cast.
1101         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1102         Scale = SmallScale;
1103         continue;
1104       }
1105
1106       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1107         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1108         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1109         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1110         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1111         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1112         // from this point up in the expression (see later).
1113         if (RequireNoSignedWrap)
1114           return nullptr;
1115
1116         // Drill down through the cast.
1117         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1118         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1119         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1120         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1121           logScale = -1;
1122         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1123         continue;
1124       }
1125     }
1126
1127     // Unsupported expression, bail out.
1128     return nullptr;
1129   }
1130
1131   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1132   if (match(Op, m_Zero())) {
1133     NoSignedWrap = true;
1134     return Op;
1135   }
1136
1137   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1138   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1139   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1140   // not to overflow.
1141
1142   if (!Parent.first)
1143     // The expression only had one term.
1144     return Op;
1145
1146   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1147   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1148   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1149          "Descaling was a no-op?");
1150   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1151   Worklist.Add(Parent.first);
1152
1153   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1154   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1155   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1156   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1157   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1158   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1159   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1160   do {
1161     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1162       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1163       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1164       // from this point on up.
1165       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1166       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1167       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1168         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1169         Worklist.Add(Ancestor);
1170       }
1171     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1172       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1173       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1174       // the absolute values of the truncations.
1175       NoSignedWrap = false;
1176     }
1177     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1178            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1179
1180     if (Ancestor == Val)
1181       // Got to the top, all done!
1182       return Val;
1183
1184     // Move up one level in the expression.
1185     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1186     Ancestor = Ancestor->user_back();
1187   } while (1);
1188 }
1189
1190 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1191 /// specified one but with other operands.
1192 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1193                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1194   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1195   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1196     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1197       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1198       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1199     }
1200     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1201       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1202   }
1203   return BORes;
1204 }
1205
1206 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1207 /// \param Inst Binary operator to transform.
1208 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1209 ///         null pointer if no transformation was made.
1210 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1211   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1212
1213   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1214   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1215   // See PR20059.
1216   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1217
1218   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1219   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1220   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1221   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1222
1223   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1224   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1225   // shuffle after binary operation:
1226   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1227   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1228     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1229     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1230     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1231         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1232         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1233         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1234       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1235           RShuf->getOperand(0), Builder);
1236       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1237           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1238       return Res;
1239     }
1240   }
1241
1242   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1243   // try moving the shuffle after the binary operation.
1244   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1245   Constant *C1 = nullptr;
1246   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1247   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1248   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1249   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1250   if (Shuffle && C1 &&
1251       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1252       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1253       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1254     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1255     // Find constant C2 that has property:
1256     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1257     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1258     // reorder is not possible.
1259     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1260                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1261     bool MayChange = true;
1262     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1263       if (ShMask[I] >= 0) {
1264         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1265         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1266           MayChange = false;
1267           break;
1268         }
1269         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1270       }
1271     }
1272     if (MayChange) {
1273       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1274       Value *NewLHS, *NewRHS;
1275       if (isa<Constant>(LHS)) {
1276         NewLHS = C2;
1277         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1278       } else {
1279         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1280         NewRHS = C2;
1281       }
1282       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1283       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1284           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1285       return Res;
1286     }
1287   }
1288
1289   return nullptr;
1290 }
1291
1292 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1293   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1294
1295   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AC))
1296     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1297
1298   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1299
1300   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1301   // by multiples of a zero size type with zero.
1302   if (DL) {
1303     bool MadeChange = false;
1304     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1305
1306     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1307     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1308          I != E; ++I, ++GTI) {
1309       // Skip indices into struct types.
1310       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1311       if (!SeqTy) continue;
1312
1313       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1314       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1315       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1316           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1317         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1318           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1319           MadeChange = true;
1320         }
1321
1322       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1323       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1324         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1325         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1326         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1327         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1328         MadeChange = true;
1329       }
1330     }
1331     if (MadeChange) return &GEP;
1332   }
1333
1334   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1335   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1336     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1337     if (!Op1)
1338       return nullptr;
1339
1340     signed DI = -1;
1341
1342     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1343       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1344       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1345         return nullptr;
1346
1347       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1348       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1349
1350       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1351         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1352           return nullptr;
1353
1354         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1355           if (DI == -1) {
1356             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1357             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1358             // variable.
1359
1360             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1361             // static for struct slots
1362             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1363               return nullptr;
1364
1365             DI = J;
1366           } else {
1367             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1368             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1369             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1370             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1371             // directly supports and would need to be broken into several
1372             // simpler instructions anyway.
1373             return nullptr;
1374           }
1375         }
1376
1377         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1378         if (J > 0) {
1379           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1380             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1381           } else {
1382             CurTy = nullptr;
1383           }
1384         }
1385       }
1386     }
1387
1388     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1389
1390     if (DI == -1) {
1391       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1392       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1393       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1394                                             NewGEP);
1395     } else {
1396       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1397       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1398       // set that index.
1399       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1400       Builder->SetInsertPoint(PN);
1401       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1402                                           PN->getNumOperands());
1403       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1404
1405       for (auto &I : PN->operands())
1406         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1407                            PN->getIncomingBlock(I));
1408
1409       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1410       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1411                                             NewGEP);
1412       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1413     }
1414
1415     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1416     PtrOp = NewGEP;
1417   }
1418
1419   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1420   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1421   // getelementptr instructions into a single instruction.
1422   //
1423   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1424     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1425       return nullptr;
1426
1427     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1428     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1429     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1430     if (GEPOperator *SrcGEP =
1431           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1432       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1433         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1434
1435     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1436
1437     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1438     bool EndsWithSequential = false;
1439     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1440          I != E; ++I)
1441       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1442
1443     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1444     if (EndsWithSequential) {
1445       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1446       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1447       //
1448       Value *Sum;
1449       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1450       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1451       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1452         Sum = GO1;
1453       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1454         Sum = SO1;
1455       } else {
1456         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1457         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1458         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1459         // normalized.
1460         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1461           return nullptr;
1462         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1463       }
1464
1465       // Update the GEP in place if possible.
1466       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1467         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1468         GEP.setOperand(1, Sum);
1469         return &GEP;
1470       }
1471       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1472       Indices.push_back(Sum);
1473       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1474     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1475                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1476                Src->getNumOperands() != 1) {
1477       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1478       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1479       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1480     }
1481
1482     if (!Indices.empty())
1483       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1484         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1485                                           GEP.getName()) :
1486         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1487   }
1488
1489   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1490     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1491     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1492         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1493       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1494       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1495       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1496
1497       bool Matched = false;
1498       uint64_t C;
1499       Value *V = nullptr;
1500       if (TyAllocSize == 1) {
1501         V = GEP.getOperand(1);
1502         Matched = true;
1503       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1504                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1505         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1506           Matched = true;
1507       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1508                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1509         if (TyAllocSize == C)
1510           Matched = true;
1511       }
1512
1513       if (Matched) {
1514         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1515         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1516         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1517         // pointer arithmetic.
1518         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1519           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1520           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1521           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1522           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1523         }
1524         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1525         // to (bitcast Y)
1526         Value *Y;
1527         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1528                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1529           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1530                                                                GEP.getType());
1531         }
1532       }
1533     }
1534   }
1535
1536   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1537   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1538   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1539
1540   // We do not handle pointer-vector geps here.
1541   if (!StrippedPtrTy)
1542     return nullptr;
1543
1544   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1545     bool HasZeroPointerIndex = false;
1546     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1547       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1548
1549     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1550     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1551     //
1552     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1553     //           into     : GEP i8* X, ...
1554     //
1555     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1556     if (HasZeroPointerIndex) {
1557       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1558       if (ArrayType *CATy =
1559           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1560         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1561         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1562           // -> GEP i8* X, ...
1563           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1564           GetElementPtrInst *Res =
1565             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1566           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1567           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1568             return Res;
1569           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1570           // e.g.,
1571           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1572           // ->
1573           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1574           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1575           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1576         }
1577
1578         if (ArrayType *XATy =
1579               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1580           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1581           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1582             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1583             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1584             // to an array of the same type as the destination pointer
1585             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1586             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1587             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1588               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1589               return &GEP;
1590             }
1591             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1592             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1593             // an addrspacecast.
1594             // e.g.,
1595             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1596             //   i32 0, ...
1597             // ->
1598             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1599             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1600             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1601             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1602               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1603               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1604             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1605           }
1606         }
1607       }
1608     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1609       // Transform things like:
1610       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1611       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1612       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1613       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1614       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1615           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1616           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1617         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1618         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1619         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1620           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1621           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1622
1623         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1624         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1625                                                              GEP.getType());
1626       }
1627
1628       // Transform things like:
1629       // %V = mul i64 %N, 4
1630       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1631       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1632       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1633         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1634         // factor.
1635         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1636         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1637         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1638           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1639           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1640           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1641
1642           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1643           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1644           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1645                  "Index not cast to pointer width?");
1646
1647           bool NSW;
1648           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1649             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1650             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1651             // GEP may not be "inbounds".
1652             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1653               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1654               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1655
1656             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1657             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1658                                                                  GEP.getType());
1659           }
1660         }
1661       }
1662
1663       // Similarly, transform things like:
1664       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1665       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1666       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1667       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1668           SrcElTy->isArrayTy()) {
1669         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1670         // index by a scale factor.
1671         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1672         uint64_t ArrayEltSize
1673           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1674         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1675           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1676           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1677           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1678
1679           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1680           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1681           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1682                  "Index not cast to pointer width?");
1683
1684           bool NSW;
1685           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1686             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1687             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1688             // GEP may not be "inbounds".
1689             Value *Off[2] = {
1690               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1691               NewIdx
1692             };
1693
1694             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1695               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1696               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1697             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1698             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1699                                                                  GEP.getType());
1700           }
1701         }
1702       }
1703     }
1704   }
1705
1706   if (!DL)
1707     return nullptr;
1708
1709   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1710   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1711   // through the addrspacecast.
1712   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1713     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1714     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1715     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1716     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1717     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1718       PtrOp = BC;
1719   }
1720
1721   /// See if we can simplify:
1722   ///   X = bitcast A* to B*
1723   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1724   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1725   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1726   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1727     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1728     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1729     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1730     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1731     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1732         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1733
1734       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1735       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1736       if (!Offset) {
1737         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1738         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1739         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1740           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1741           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1742             if (I != BCI) {
1743               I->takeName(BCI);
1744               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1745               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1746             }
1747             return &GEP;
1748           }
1749         }
1750
1751         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1752           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1753         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1754       }
1755
1756       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1757       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1758       // GEP.
1759       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1760       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1761         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1762           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1763           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1764
1765         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1766           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1767         NGEP->takeName(&GEP);
1768
1769         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1770           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1771         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1772       }
1773     }
1774   }
1775
1776   return nullptr;
1777 }
1778
1779 static bool
1780 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1781                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1782   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1783   Worklist.push_back(AI);
1784
1785   do {
1786     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1787     for (User *U : PI->users()) {
1788       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1789       switch (I->getOpcode()) {
1790       default:
1791         // Give up the moment we see something we can't handle.
1792         return false;
1793
1794       case Instruction::BitCast:
1795       case Instruction::GetElementPtr:
1796         Users.push_back(I);
1797         Worklist.push_back(I);
1798         continue;
1799
1800       case Instruction::ICmp: {
1801         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1802         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1803         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1804           return false;
1805         Users.push_back(I);
1806         continue;
1807       }
1808
1809       case Instruction::Call:
1810         // Ignore no-op and store intrinsics.
1811         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1812           switch (II->getIntrinsicID()) {
1813           default:
1814             return false;
1815
1816           case Intrinsic::memmove:
1817           case Intrinsic::memcpy:
1818           case Intrinsic::memset: {
1819             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1820             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1821               return false;
1822           }
1823           // fall through
1824           case Intrinsic::dbg_declare:
1825           case Intrinsic::dbg_value:
1826           case Intrinsic::invariant_start:
1827           case Intrinsic::invariant_end:
1828           case Intrinsic::lifetime_start:
1829           case Intrinsic::lifetime_end:
1830           case Intrinsic::objectsize:
1831             Users.push_back(I);
1832             continue;
1833           }
1834         }
1835
1836         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1837           Users.push_back(I);
1838           continue;
1839         }
1840         return false;
1841
1842       case Instruction::Store: {
1843         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1844         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1845           return false;
1846         Users.push_back(I);
1847         continue;
1848       }
1849       }
1850       llvm_unreachable("missing a return?");
1851     }
1852   } while (!Worklist.empty());
1853   return true;
1854 }
1855
1856 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1857   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1858   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1859   // true or false as appropriate.
1860   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1861   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1862     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1863       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1864       if (!I) continue;
1865
1866       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1867         ReplaceInstUsesWith(*C,
1868                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1869                                              C->isFalseWhenEqual()));
1870       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1871         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1872       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1873         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1874           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1875           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1876           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1877         }
1878       }
1879       EraseInstFromFunction(*I);
1880     }
1881
1882     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1883       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1884       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1885       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1886       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1887                          None, "", II->getParent());
1888     }
1889     return EraseInstFromFunction(MI);
1890   }
1891   return nullptr;
1892 }
1893
1894 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1895 ///
1896 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1897 /// against NULL (property 0).
1898 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1899 ///
1900 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1901 /// will be removed, i.e.:
1902 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1903 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1904 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1905 ///
1906 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1907 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1908 /// profitable (e.g., for code size).
1909 static Instruction *
1910 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1911   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1912   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1913   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1914
1915   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1916   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1917   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1918   //        not be profitable even for code size.
1919   if (!PredBB)
1920     return nullptr;
1921
1922   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1923   //                         free and an unconditional branch?
1924   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1925   //        predecessor block
1926   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1927     return nullptr;
1928   BasicBlock *SuccBB;
1929   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1930     return nullptr;
1931
1932   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1933   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1934   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1935   ICmpInst::Predicate Pred;
1936   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1937     return nullptr;
1938   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1939     return nullptr;
1940
1941   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1942   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1943     return nullptr;
1944   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1945          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1946
1947   FI.moveBefore(TI);
1948   return &FI;
1949 }
1950
1951
1952 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1953   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1954
1955   // free undef -> unreachable.
1956   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1957     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1958     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1959                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1960     return EraseInstFromFunction(FI);
1961   }
1962
1963   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1964   // when lots of inlining happens.
1965   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1966     return EraseInstFromFunction(FI);
1967
1968   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1969   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1970   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1971   // if (foo) free(foo);
1972   // into
1973   // free(foo);
1974   if (MinimizeSize)
1975     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1976       return I;
1977
1978   return nullptr;
1979 }
1980
1981 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
1982   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
1983     return nullptr;
1984
1985   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
1986   Type *VTy = ResultOp->getType();
1987   if (!VTy->isIntegerTy())
1988     return nullptr;
1989
1990   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
1991   // determine the value. If so, constant fold it.
1992   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
1993   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
1994   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
1995   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
1996     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
1997
1998   return nullptr;
1999 }
2000
2001 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2002   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2003   Value *X = nullptr;
2004   BasicBlock *TrueDest;
2005   BasicBlock *FalseDest;
2006   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2007       !isa<Constant>(X)) {
2008     // Swap Destinations and condition...
2009     BI.setCondition(X);
2010     BI.swapSuccessors();
2011     return &BI;
2012   }
2013
2014   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2015   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2016   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2017                              TrueDest, FalseDest)) &&
2018       BI.getCondition()->hasOneUse())
2019     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2020         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2021       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2022       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2023
2024       // Swap Destinations and condition.
2025       BI.swapSuccessors();
2026       Worklist.Add(Cond);
2027       return &BI;
2028     }
2029
2030   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2031   ICmpInst::Predicate IPred;
2032   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2033                       TrueDest, FalseDest)) &&
2034       BI.getCondition()->hasOneUse())
2035     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2036         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2037         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2038       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2039       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2040       // Swap Destinations and condition.
2041       BI.swapSuccessors();
2042       Worklist.Add(Cond);
2043       return &BI;
2044     }
2045
2046   return nullptr;
2047 }
2048
2049 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2050   Value *Cond = SI.getCondition();
2051   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2052   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2053   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2054   unsigned LeadingKnownZeros = KnownZero.countLeadingOnes();
2055   unsigned LeadingKnownOnes = KnownOne.countLeadingOnes();
2056
2057   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2058   for (auto &C : SI.cases()) {
2059     LeadingKnownZeros = std::min(
2060         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2061     LeadingKnownOnes = std::min(
2062         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2063   }
2064
2065   unsigned NewWidth = BitWidth - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2066
2067   // Truncate the condition operand if the new type is equal to or larger than
2068   // the largest legal integer type. We need to be conservative here since
2069   // x86 generates redundant zero-extenstion instructions if the operand is
2070   // truncated to i8 or i16.
2071   bool TruncCond = false;
2072   if (DL && BitWidth > NewWidth &&
2073       NewWidth >= DL->getLargestLegalIntTypeSize()) {
2074     TruncCond = true;
2075     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2076     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2077     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(SI.getCondition(), Ty, "trunc");
2078     SI.setCondition(NewCond);
2079
2080     for (auto &C : SI.cases())
2081       static_cast<SwitchInst::CaseIt *>(&C)->setValue(ConstantInt::get(
2082           SI.getContext(), C.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth)));
2083   }
2084
2085   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2086     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2087       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2088         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2089         // Skip the first item since that's the default case.
2090         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2091              i != e; ++i) {
2092           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2093           Constant *LHS = CaseVal;
2094           if (TruncCond)
2095             LHS = LeadingKnownZeros
2096                       ? ConstantExpr::getZExt(CaseVal, Cond->getType())
2097                       : ConstantExpr::getSExt(CaseVal, Cond->getType());
2098           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(LHS, AddRHS);
2099           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2100                  "Result of expression should be constant");
2101           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2102         }
2103         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2104         Worklist.Add(I);
2105         return &SI;
2106       }
2107   }
2108
2109   return TruncCond ? &SI : nullptr;
2110 }
2111
2112 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2113   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2114
2115   if (!EV.hasIndices())
2116     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2117
2118   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2119     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2120       if (EV.getNumIndices() == 0)
2121         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2122       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2123       // first index
2124       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2125     }
2126     return nullptr; // Can't handle other constants
2127   }
2128
2129   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2130     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2131     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2132     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2133          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2134          exti != exte && insi != inse;
2135          ++exti, ++insi) {
2136       if (*insi != *exti)
2137         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2138         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2139         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2140         // operand of the insert. i.e., replace
2141         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2142         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2143         // with
2144         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2145         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2146                                         EV.getIndices());
2147     }
2148     if (exti == exte && insi == inse)
2149       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2150       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2151       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2152       // with "i32 42"
2153       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2154     if (exti == exte) {
2155       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2156       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2157       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2158       // with
2159       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2160       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2161       // by switching the order of the insert and extract (though the
2162       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2163       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2164                                                  EV.getIndices());
2165       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2166                                      makeArrayRef(insi, inse));
2167     }
2168     if (insi == inse)
2169       // The insert list is a prefix of the extract list
2170       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2171       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2172       // i.e., replace
2173       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2174       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2175       // with
2176       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2177       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2178                                       makeArrayRef(exti, exte));
2179   }
2180   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2181     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2182     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2183     // just get one value.
2184     if (II->hasOneUse()) {
2185       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2186       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2187       // and replace it with a traditional binary instruction.
2188       switch (II->getIntrinsicID()) {
2189       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2190       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2191         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2192           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2193           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2194           EraseInstFromFunction(*II);
2195           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2196         }
2197
2198         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2199         // we can transform this into a range comparison.
2200         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2201         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2202           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2203             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2204                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2205         break;
2206       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2207       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2208         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2209           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2210           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2211           EraseInstFromFunction(*II);
2212           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2213         }
2214         break;
2215       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2216       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2217         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2218           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2219           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2220           EraseInstFromFunction(*II);
2221           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2222         }
2223         break;
2224       default:
2225         break;
2226       }
2227     }
2228   }
2229   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2230     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2231     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2232     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2233     //        could be done regardless of having multiple uses.
2234     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2235       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2236       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2237       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2238       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2239       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2240             I != E; ++I)
2241         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2242
2243       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2244       // the extractvalue.
2245       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2246       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2247       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2248       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2249       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2250     }
2251   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2252   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2253   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2254   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2255   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2256   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2257   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2258   // aren't handled yet.
2259   return nullptr;
2260 }
2261
2262 enum Personality_Type {
2263   Unknown_Personality,
2264   GNU_Ada_Personality,
2265   GNU_CXX_Personality,
2266   GNU_ObjC_Personality
2267 };
2268
2269 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2270 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2271 /// otherwise return Unknown_Personality.
2272 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2273   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2274   if (!F)
2275     return Unknown_Personality;
2276   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2277     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2278     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2279     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2280     .Default(Unknown_Personality);
2281 }
2282
2283 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2284 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2285   switch (Personality) {
2286   case Unknown_Personality:
2287     return false;
2288   case GNU_Ada_Personality:
2289     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2290     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2291     return false;
2292   case GNU_CXX_Personality:
2293   case GNU_ObjC_Personality:
2294     return TypeInfo->isNullValue();
2295   }
2296   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2297 }
2298
2299 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2300   return
2301     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2302   <
2303     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2304 }
2305
2306 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2307   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2308   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2309   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2310   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2311
2312   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2313   // (these are often created by inlining).
2314   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2315   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2316   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2317
2318   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2319   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2320     bool isLastClause = i + 1 == e;
2321     if (LI.isCatch(i)) {
2322       // A catch clause.
2323       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2324       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2325
2326       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2327       // copy of it.
2328       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2329         // This catch clause was not already seen.
2330         NewClauses.push_back(CatchClause);
2331       } else {
2332         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2333         MakeNewInstruction = true;
2334       }
2335
2336       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2337       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2338       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2339         if (!isLastClause)
2340           MakeNewInstruction = true;
2341         CleanupFlag = false;
2342         break;
2343       }
2344     } else {
2345       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2346       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2347       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2348       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2349       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2350       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2351       // class derived from it).
2352       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2353       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2354       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2355       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2356
2357       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2358       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2359       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2360       if (!NumTypeInfos) {
2361         NewClauses.push_back(FilterClause);
2362         if (!isLastClause)
2363           MakeNewInstruction = true;
2364         CleanupFlag = false;
2365         break;
2366       }
2367
2368       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2369       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2370       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2371         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2372         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2373         Constant *TypeInfo =
2374           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2375         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2376         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2377           // Throw the filter away.
2378           MakeNewInstruction = true;
2379           continue;
2380         }
2381
2382         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2383         // discard all but the first copy if there is more than one.
2384         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2385         if (NumTypeInfos > 1)
2386           MakeNewFilter = true;
2387       } else {
2388         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2389         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2390         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2391
2392         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2393         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2394         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2395         bool SawCatchAll = false;
2396         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2397           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2398           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2399           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2400             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2401             SawCatchAll = true;
2402             break;
2403           }
2404           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2405             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2406             // is pointless.
2407             continue;
2408           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2409           // a filter, so only add it if we didn't already.
2410           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2411             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2412         }
2413         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2414         if (SawCatchAll) {
2415           // Throw the filter away.
2416           MakeNewInstruction = true;
2417           continue;
2418         }
2419
2420         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2421         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2422           MakeNewFilter = true;
2423       }
2424       if (MakeNewFilter) {
2425         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2426                                     NewFilterElts.size());
2427         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2428         MakeNewInstruction = true;
2429       }
2430
2431       NewClauses.push_back(FilterClause);
2432
2433       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2434       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2435       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2436       // already handled above.
2437       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2438         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2439         CleanupFlag = false;
2440         break;
2441       }
2442     }
2443   }
2444
2445   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2446   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2447   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2448   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2449   // filter optimizations below.
2450   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2451     unsigned j;
2452     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2453     for (j = i; j != e; ++j)
2454       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2455         break;
2456
2457     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2458     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2459     // new landingpad instruction if it does.
2460     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2461       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2462         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2463         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2464         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2465                          shorter_filter);
2466         MakeNewInstruction = true;
2467         break;
2468       }
2469
2470     // Look for the next batch of filters.
2471     i = j + 1;
2472   }
2473
2474   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2475   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2476   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2477   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2478   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2479   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2480   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2481   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2482   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2483   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2484   // specifications.
2485   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2486     // Examine each filter in turn.
2487     Value *Filter = NewClauses[i];
2488     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2489     if (!FTy)
2490       // Not a filter - skip it.
2491       continue;
2492     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2493     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2494     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2495     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2496       Value *LFilter = NewClauses[j];
2497       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2498       if (!LTy)
2499         // Not a filter - skip it.
2500         continue;
2501       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2502       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2503       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2504       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2505       if (!FElts) {
2506         // Discard LFilter.
2507         NewClauses.erase(J);
2508         MakeNewInstruction = true;
2509         // Move on to the next filter.
2510         continue;
2511       }
2512       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2513       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2514       if (FElts > LElts)
2515         // Move on to the next filter.
2516         continue;
2517       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2518       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2519         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2520         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2521         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2522           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2523           // Discard LFilter.
2524           NewClauses.erase(J);
2525           MakeNewInstruction = true;
2526         }
2527         // Move on to the next filter.
2528         continue;
2529       }
2530       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2531       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2532         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2533         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2534         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2535         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2536           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2537             // LFilter contains a zero - discard it.
2538             NewClauses.erase(J);
2539             MakeNewInstruction = true;
2540             break;
2541           }
2542         // Move on to the next filter.
2543         continue;
2544       }
2545       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2546       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2547       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2548       // using a method that scales nicely.
2549       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2550       bool AllFound = true;
2551       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2552         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2553         AllFound = false;
2554         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2555           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2556           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2557             AllFound = true;
2558             break;
2559           }
2560         }
2561         if (!AllFound)
2562           break;
2563       }
2564       if (AllFound) {
2565         // Discard LFilter.
2566         NewClauses.erase(J);
2567         MakeNewInstruction = true;
2568       }
2569       // Move on to the next filter.
2570     }
2571   }
2572
2573   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2574   // with a new one.
2575   if (MakeNewInstruction) {
2576     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2577                                                  LI.getPersonalityFn(),
2578                                                  NewClauses.size());
2579     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2580       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2581     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2582     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2583     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2584     if (NewClauses.empty())
2585       CleanupFlag = true;
2586     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2587     return NLI;
2588   }
2589
2590   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2591   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2592   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2593     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2594     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2595     return &LI;
2596   }
2597
2598   return nullptr;
2599 }
2600
2601 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2602 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2603 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2604 /// end of its block.
2605 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2606   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2607
2608   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2609   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2610       isa<TerminatorInst>(I))
2611     return false;
2612
2613   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2614   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2615         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2616     return false;
2617
2618   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2619   // the end of block that could change the value.
2620   if (I->mayReadFromMemory()) {
2621     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2622          Scan != E; ++Scan)
2623       if (Scan->mayWriteToMemory())
2624         return false;
2625   }
2626
2627   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2628   I->moveBefore(InsertPos);
2629   ++NumSunkInst;
2630   return true;
2631 }
2632
2633 bool InstCombiner::run() {
2634   while (!Worklist.isEmpty()) {
2635     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2636     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2637
2638     // Check to see if we can DCE the instruction.
2639     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2640       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2641       EraseInstFromFunction(*I);
2642       ++NumDeadInst;
2643       MadeIRChange = true;
2644       continue;
2645     }
2646
2647     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2648     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2649       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2650         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2651
2652         // Add operands to the worklist.
2653         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2654         ++NumConstProp;
2655         EraseInstFromFunction(*I);
2656         MadeIRChange = true;
2657         continue;
2658       }
2659
2660     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2661     if (I->hasOneUse()) {
2662       BasicBlock *BB = I->getParent();
2663       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2664       BasicBlock *UserParent;
2665
2666       // Get the block the use occurs in.
2667       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2668         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2669       else
2670         UserParent = UserInst->getParent();
2671
2672       if (UserParent != BB) {
2673         bool UserIsSuccessor = false;
2674         // See if the user is one of our successors.
2675         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2676           if (*SI == UserParent) {
2677             UserIsSuccessor = true;
2678             break;
2679           }
2680
2681         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2682         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2683         // otherwise), we can keep going.
2684         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2685           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2686           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2687             MadeIRChange = true;
2688             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2689             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2690             // worklist
2691             for (Use &U : I->operands())
2692               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2693                 Worklist.Add(OpI);
2694           }
2695         }
2696       }
2697     }
2698
2699     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2700     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2701     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2702
2703 #ifndef NDEBUG
2704     std::string OrigI;
2705 #endif
2706     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2707     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2708
2709     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2710       ++NumCombined;
2711       // Should we replace the old instruction with a new one?
2712       if (Result != I) {
2713         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2714                      << "    New = " << *Result << '\n');
2715
2716         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2717           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2718         // Everything uses the new instruction now.
2719         I->replaceAllUsesWith(Result);
2720
2721         // Move the name to the new instruction first.
2722         Result->takeName(I);
2723
2724         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2725         Worklist.Add(Result);
2726         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2727
2728         // Insert the new instruction into the basic block...
2729         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2730         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2731
2732         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2733         // insertion point.
2734         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2735           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2736
2737         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2738
2739         EraseInstFromFunction(*I);
2740       } else {
2741 #ifndef NDEBUG
2742         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2743                      << "    New = " << *I << '\n');
2744 #endif
2745
2746         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2747         // if so, remove it.
2748         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2749           EraseInstFromFunction(*I);
2750         } else {
2751           Worklist.Add(I);
2752           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2753         }
2754       }
2755       MadeIRChange = true;
2756     }
2757   }
2758
2759   Worklist.Zap();
2760   return MadeIRChange;
2761 }
2762
2763 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2764 /// all reachable code to the worklist.
2765 ///
2766 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2767 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2768 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2769 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2770 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2771 ///
2772 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2773                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2774                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
2775                                        const DataLayout *DL,
2776                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2777   bool MadeIRChange = false;
2778   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2779   Worklist.push_back(BB);
2780
2781   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2782   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2783
2784   do {
2785     BB = Worklist.pop_back_val();
2786
2787     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2788     if (!Visited.insert(BB).second)
2789       continue;
2790
2791     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2792       Instruction *Inst = BBI++;
2793
2794       // DCE instruction if trivially dead.
2795       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2796         ++NumDeadInst;
2797         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2798         Inst->eraseFromParent();
2799         continue;
2800       }
2801
2802       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2803       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2804         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2805           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2806                        << *Inst << '\n');
2807           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2808           ++NumConstProp;
2809           Inst->eraseFromParent();
2810           continue;
2811         }
2812
2813       if (DL) {
2814         // See if we can constant fold its operands.
2815         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2816              i != e; ++i) {
2817           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2818           if (CE == nullptr) continue;
2819
2820           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2821           if (!FoldRes)
2822             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2823           if (!FoldRes)
2824             FoldRes = CE;
2825
2826           if (FoldRes != CE) {
2827             *i = FoldRes;
2828             MadeIRChange = true;
2829           }
2830         }
2831       }
2832
2833       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2834     }
2835
2836     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2837     // constant, only visit the reachable successor.
2838     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2839     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2840       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2841         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2842         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2843         Worklist.push_back(ReachableBB);
2844         continue;
2845       }
2846     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2847       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2848         // See if this is an explicit destination.
2849         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2850              i != e; ++i)
2851           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2852             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2853             Worklist.push_back(ReachableBB);
2854             continue;
2855           }
2856
2857         // Otherwise it is the default destination.
2858         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2859         continue;
2860       }
2861     }
2862
2863     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2864       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2865   } while (!Worklist.empty());
2866
2867   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2868   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2869   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2870   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2871   // some N^2 behavior in pathological cases.
2872   ICWorklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2873                              InstrsForInstCombineWorklist.size());
2874
2875   return MadeIRChange;
2876 }
2877
2878 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
2879 /// blocks discovered in the process.
2880 ///
2881 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
2882 /// the combiner itself run much faster.
2883 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout *DL,
2884                                           TargetLibraryInfo *TLI,
2885                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
2886   bool MadeIRChange = false;
2887
2888   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2889   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2890   // track of which blocks we visit.
2891   SmallPtrSet<BasicBlock *, 64> Visited;
2892   MadeIRChange |=
2893       AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, ICWorklist, DL, TLI);
2894
2895   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2896   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2897   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2898   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2899     if (Visited.count(BB))
2900       continue;
2901
2902     // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2903     // having to update as many def-use and use-def chains.
2904     Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2905     while (EndInst != BB->begin()) {
2906       // Delete the next to last instruction.
2907       BasicBlock::iterator I = EndInst;
2908       Instruction *Inst = --I;
2909       if (!Inst->use_empty())
2910         Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2911       if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2912         EndInst = Inst;
2913         continue;
2914       }
2915       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2916         ++NumDeadInst;
2917         MadeIRChange = true;
2918       }
2919       Inst->eraseFromParent();
2920     }
2921   }
2922
2923   return MadeIRChange;
2924 }
2925
2926 static bool combineInstructionsOverFunction(
2927     Function &F, InstCombineWorklist &Worklist, AssumptionCache &AC,
2928     TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT, const DataLayout *DL = nullptr,
2929     LoopInfo *LI = nullptr) {
2930   // Minimizing size?
2931   bool MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(
2932       AttributeSet::FunctionIndex, Attribute::MinSize);
2933
2934   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2935   /// instructions into the worklist when they are created.
2936   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> Builder(
2937       F.getContext(), TargetFolder(DL), InstCombineIRInserter(Worklist, &AC));
2938
2939   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2940   // by instcombiner.
2941   bool DbgDeclaresChanged = LowerDbgDeclare(F);
2942
2943   // Iterate while there is work to do.
2944   int Iteration = 0;
2945   for (;;) {
2946     ++Iteration;
2947     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2948                  << F.getName() << "\n");
2949
2950     bool Changed = false;
2951     if (prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist))
2952       Changed = true;
2953
2954     InstCombiner IC(Worklist, &Builder, MinimizeSize, &AC, &TLI, &DT, DL, LI);
2955     if (IC.run())
2956       Changed = true;
2957
2958     if (!Changed)
2959       break;
2960   }
2961
2962   return DbgDeclaresChanged || Iteration > 1;
2963 }
2964
2965 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
2966                                        AnalysisManager<Function> *AM) {
2967   auto *DL = F.getParent()->getDataLayout();
2968
2969   auto &AC = AM->getResult<AssumptionAnalysis>(F);
2970   auto &DT = AM->getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
2971   auto &TLI = AM->getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
2972
2973   auto *LI = AM->getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
2974
2975   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AC, TLI, DT, DL, LI))
2976     // No changes, all analyses are preserved.
2977     return PreservedAnalyses::all();
2978
2979   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
2980   // FIXME: Need a way to preserve CFG analyses here!
2981   PreservedAnalyses PA;
2982   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
2983   return PA;
2984 }
2985
2986 namespace {
2987 /// \brief The legacy pass manager's instcombine pass.
2988 ///
2989 /// This is a basic whole-function wrapper around the instcombine utility. It
2990 /// will try to combine all instructions in the function.
2991 class InstructionCombiningPass : public FunctionPass {
2992   InstCombineWorklist Worklist;
2993
2994 public:
2995   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2996
2997   InstructionCombiningPass() : FunctionPass(ID) {
2998     initializeInstructionCombiningPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2999   }
3000
3001   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
3002   bool runOnFunction(Function &F) override;
3003 };
3004 }
3005
3006 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3007   AU.setPreservesCFG();
3008   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3009   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3010   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3011   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3012 }
3013
3014 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3015   if (skipOptnoneFunction(F))
3016     return false;
3017
3018   // Required analyses.
3019   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3020   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3021   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3022
3023   // Optional analyses.
3024   auto *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
3025   auto *DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
3026   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3027   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3028
3029   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AC, TLI, DT, DL, LI);
3030 }
3031
3032 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3033 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3034                       "Combine redundant instructions", false, false)
3035 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3036 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3037 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3038 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3039                     "Combine redundant instructions", false, false)
3040
3041 // Initialization Routines
3042 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3043   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3044 }
3045
3046 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3047   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3048 }
3049
3050 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
3051   return new InstructionCombiningPass();
3052 }