Fold PHI nodes of constants which are only used by a single cast. This implements
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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 algebraic
12 // simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add int 1, %X
16 //    %Z = add int 1, %Y
17 // into:
18 //    %Z = add int 2, %X
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. SetCC instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All SetCC 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 //    N. This list is incomplete
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "llvm/Instructions.h"
38 #include "llvm/Pass.h"
39 #include "llvm/Constants.h"
40 #include "llvm/DerivedTypes.h"
41 #include "llvm/GlobalVariable.h"
42 #include "llvm/Target/TargetData.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
46 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
47 #include "llvm/Support/CallSite.h"
48 #include "Support/Statistic.h"
49 #include <algorithm>
50 using namespace llvm;
51
52 namespace {
53   Statistic<> NumCombined ("instcombine", "Number of insts combined");
54   Statistic<> NumConstProp("instcombine", "Number of constant folds");
55   Statistic<> NumDeadInst ("instcombine", "Number of dead inst eliminated");
56
57   class InstCombiner : public FunctionPass,
58                        public InstVisitor<InstCombiner, Instruction*> {
59     // Worklist of all of the instructions that need to be simplified.
60     std::vector<Instruction*> WorkList;
61     TargetData *TD;
62
63     void AddUsesToWorkList(Instruction &I) {
64       // The instruction was simplified, add all users of the instruction to
65       // the work lists because they might get more simplified now...
66       //
67       for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
68            UI != UE; ++UI)
69         WorkList.push_back(cast<Instruction>(*UI));
70     }
71
72     // removeFromWorkList - remove all instances of I from the worklist.
73     void removeFromWorkList(Instruction *I);
74   public:
75     virtual bool runOnFunction(Function &F);
76
77     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
78       AU.addRequired<TargetData>();
79       AU.setPreservesCFG();
80     }
81
82     // Visitation implementation - Implement instruction combining for different
83     // instruction types.  The semantics are as follows:
84     // Return Value:
85     //    null        - No change was made
86     //     I          - Change was made, I is still valid, I may be dead though
87     //   otherwise    - Change was made, replace I with returned instruction
88     //   
89     Instruction *visitAdd(BinaryOperator &I);
90     Instruction *visitSub(BinaryOperator &I);
91     Instruction *visitMul(BinaryOperator &I);
92     Instruction *visitDiv(BinaryOperator &I);
93     Instruction *visitRem(BinaryOperator &I);
94     Instruction *visitAnd(BinaryOperator &I);
95     Instruction *visitOr (BinaryOperator &I);
96     Instruction *visitXor(BinaryOperator &I);
97     Instruction *visitSetCondInst(BinaryOperator &I);
98     Instruction *visitShiftInst(ShiftInst &I);
99     Instruction *visitCastInst(CastInst &CI);
100     Instruction *visitCallInst(CallInst &CI);
101     Instruction *visitInvokeInst(InvokeInst &II);
102     Instruction *visitPHINode(PHINode &PN);
103     Instruction *visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
104     Instruction *visitAllocationInst(AllocationInst &AI);
105     Instruction *visitFreeInst(FreeInst &FI);
106     Instruction *visitLoadInst(LoadInst &LI);
107     Instruction *visitBranchInst(BranchInst &BI);
108
109     // visitInstruction - Specify what to return for unhandled instructions...
110     Instruction *visitInstruction(Instruction &I) { return 0; }
111
112   private:
113     Instruction *visitCallSite(CallSite CS);
114     bool transformConstExprCastCall(CallSite CS);
115
116     // InsertNewInstBefore - insert an instruction New before instruction Old
117     // in the program.  Add the new instruction to the worklist.
118     //
119     void InsertNewInstBefore(Instruction *New, Instruction &Old) {
120       assert(New && New->getParent() == 0 &&
121              "New instruction already inserted into a basic block!");
122       BasicBlock *BB = Old.getParent();
123       BB->getInstList().insert(&Old, New);  // Insert inst
124       WorkList.push_back(New);              // Add to worklist
125     }
126
127   public:
128     // ReplaceInstUsesWith - This method is to be used when an instruction is
129     // found to be dead, replacable with another preexisting expression.  Here
130     // we add all uses of I to the worklist, replace all uses of I with the new
131     // value, then return I, so that the inst combiner will know that I was
132     // modified.
133     //
134     Instruction *ReplaceInstUsesWith(Instruction &I, Value *V) {
135       AddUsesToWorkList(I);         // Add all modified instrs to worklist
136       I.replaceAllUsesWith(V);
137       return &I;
138     }
139   private:
140     /// InsertOperandCastBefore - This inserts a cast of V to DestTy before the
141     /// InsertBefore instruction.  This is specialized a bit to avoid inserting
142     /// casts that are known to not do anything...
143     ///
144     Value *InsertOperandCastBefore(Value *V, const Type *DestTy,
145                                    Instruction *InsertBefore);
146
147     // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
148     // operators...
149     bool SimplifyCommutative(BinaryOperator &I);
150
151     Instruction *OptAndOp(Instruction *Op, ConstantIntegral *OpRHS,
152                           ConstantIntegral *AndRHS, BinaryOperator &TheAnd);
153   };
154
155   RegisterOpt<InstCombiner> X("instcombine", "Combine redundant instructions");
156 }
157
158 // getComplexity:  Assign a complexity or rank value to LLVM Values...
159 //   0 -> Constant, 1 -> Other, 2 -> Argument, 2 -> Unary, 3 -> OtherInst
160 static unsigned getComplexity(Value *V) {
161   if (isa<Instruction>(V)) {
162     if (BinaryOperator::isNeg(V) || BinaryOperator::isNot(V))
163       return 2;
164     return 3;
165   }
166   if (isa<Argument>(V)) return 2;
167   return isa<Constant>(V) ? 0 : 1;
168 }
169
170 // isOnlyUse - Return true if this instruction will be deleted if we stop using
171 // it.
172 static bool isOnlyUse(Value *V) {
173   return V->hasOneUse() || isa<Constant>(V);
174 }
175
176 // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
177 // operators:
178 //
179 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
180 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
181 //     binary operators.
182 //
183 //  2. Transform: (op (op V, C1), C2) ==> (op V, (op C1, C2))
184 //  3. Transform: (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
185 //
186 bool InstCombiner::SimplifyCommutative(BinaryOperator &I) {
187   bool Changed = false;
188   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1)))
189     Changed = !I.swapOperands();
190   
191   if (!I.isAssociative()) return Changed;
192   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
193   if (BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0)))
194     if (Op->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op->getOperand(1))) {
195       if (isa<Constant>(I.getOperand(1))) {
196         Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(),
197                                              cast<Constant>(I.getOperand(1)),
198                                              cast<Constant>(Op->getOperand(1)));
199         I.setOperand(0, Op->getOperand(0));
200         I.setOperand(1, Folded);
201         return true;
202       } else if (BinaryOperator *Op1=dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1)))
203         if (Op1->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
204             isOnlyUse(Op) && isOnlyUse(Op1)) {
205           Constant *C1 = cast<Constant>(Op->getOperand(1));
206           Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
207
208           // Fold (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
209           Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), C1, C2);
210           Instruction *New = BinaryOperator::create(Opcode, Op->getOperand(0),
211                                                     Op1->getOperand(0),
212                                                     Op1->getName(), &I);
213           WorkList.push_back(New);
214           I.setOperand(0, New);
215           I.setOperand(1, Folded);
216           return true;
217         }      
218     }
219   return Changed;
220 }
221
222 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
223 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
224 //
225 static inline Value *dyn_castNegVal(Value *V) {
226   if (BinaryOperator::isNeg(V))
227     return BinaryOperator::getNegArgument(cast<BinaryOperator>(V));
228
229   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded...
230   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
231     return ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
232                              Constant::getNullValue(V->getType()), C);
233   return 0;
234 }
235
236 static Constant *NotConstant(Constant *C) {
237   return ConstantExpr::get(Instruction::Xor, C,
238                            ConstantIntegral::getAllOnesValue(C->getType()));
239 }
240
241 static inline Value *dyn_castNotVal(Value *V) {
242   if (BinaryOperator::isNot(V))
243     return BinaryOperator::getNotArgument(cast<BinaryOperator>(V));
244
245   // Constants can be considered to be not'ed values...
246   if (ConstantIntegral *C = dyn_cast<ConstantIntegral>(V))
247     return NotConstant(C);
248   return 0;
249 }
250
251 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
252 // other computations (because it has a constant operand), return the
253 // non-constant operand of the multiply.
254 //
255 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V) {
256   if (V->hasOneUse() && V->getType()->isInteger())
257     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
258       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
259         if (isa<Constant>(I->getOperand(1)))
260           return I->getOperand(0);
261   return 0;
262 }
263
264 // dyn_castMaskingAnd - If this value is an And instruction masking a value with
265 // a constant, return the constant being anded with.
266 //
267 template<class ValueType>
268 static inline Constant *dyn_castMaskingAnd(ValueType *V) {
269   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
270     if (I->getOpcode() == Instruction::And)
271       return dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1));
272
273   // If this is a constant, it acts just like we were masking with it.
274   return dyn_cast<Constant>(V);
275 }
276
277 // Log2 - Calculate the log base 2 for the specified value if it is exactly a
278 // power of 2.
279 static unsigned Log2(uint64_t Val) {
280   assert(Val > 1 && "Values 0 and 1 should be handled elsewhere!");
281   unsigned Count = 0;
282   while (Val != 1) {
283     if (Val & 1) return 0;    // Multiple bits set?
284     Val >>= 1;
285     ++Count;
286   }
287   return Count;
288 }
289
290
291 /// AssociativeOpt - Perform an optimization on an associative operator.  This
292 /// function is designed to check a chain of associative operators for a
293 /// potential to apply a certain optimization.  Since the optimization may be
294 /// applicable if the expression was reassociated, this checks the chain, then
295 /// reassociates the expression as necessary to expose the optimization
296 /// opportunity.  This makes use of a special Functor, which must define
297 /// 'shouldApply' and 'apply' methods.
298 ///
299 template<typename Functor>
300 Instruction *AssociativeOpt(BinaryOperator &Root, const Functor &F) {
301   unsigned Opcode = Root.getOpcode();
302   Value *LHS = Root.getOperand(0);
303
304   // Quick check, see if the immediate LHS matches...
305   if (F.shouldApply(LHS))
306     return F.apply(Root);
307
308   // Otherwise, if the LHS is not of the same opcode as the root, return.
309   Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(LHS);
310   while (LHSI && LHSI->getOpcode() == Opcode && LHSI->hasOneUse()) {
311     // Should we apply this transform to the RHS?
312     bool ShouldApply = F.shouldApply(LHSI->getOperand(1));
313
314     // If not to the RHS, check to see if we should apply to the LHS...
315     if (!ShouldApply && F.shouldApply(LHSI->getOperand(0))) {
316       cast<BinaryOperator>(LHSI)->swapOperands();   // Make the LHS the RHS
317       ShouldApply = true;
318     }
319
320     // If the functor wants to apply the optimization to the RHS of LHSI,
321     // reassociate the expression from ((? op A) op B) to (? op (A op B))
322     if (ShouldApply) {
323       BasicBlock *BB = Root.getParent();
324       // All of the instructions have a single use and have no side-effects,
325       // because of this, we can pull them all into the current basic block.
326       if (LHSI->getParent() != BB) {
327         // Move all of the instructions from root to LHSI into the current
328         // block.
329         Instruction *TmpLHSI = cast<Instruction>(Root.getOperand(0));
330         Instruction *LastUse = &Root;
331         while (TmpLHSI->getParent() == BB) {
332           LastUse = TmpLHSI;
333           TmpLHSI = cast<Instruction>(TmpLHSI->getOperand(0));
334         }
335         
336         // Loop over all of the instructions in other blocks, moving them into
337         // the current one.
338         Value *TmpLHS = TmpLHSI;
339         do {
340           TmpLHSI = cast<Instruction>(TmpLHS);
341           // Remove from current block...
342           TmpLHSI->getParent()->getInstList().remove(TmpLHSI);
343           // Insert before the last instruction...
344           BB->getInstList().insert(LastUse, TmpLHSI);
345           TmpLHS = TmpLHSI->getOperand(0);
346         } while (TmpLHSI != LHSI);
347       }
348       
349       // Now all of the instructions are in the current basic block, go ahead
350       // and perform the reassociation.
351       Instruction *TmpLHSI = cast<Instruction>(Root.getOperand(0));
352
353       // First move the selected RHS to the LHS of the root...
354       Root.setOperand(0, LHSI->getOperand(1));
355
356       // Make what used to be the LHS of the root be the user of the root...
357       Value *ExtraOperand = TmpLHSI->getOperand(1);
358       Root.replaceAllUsesWith(TmpLHSI);          // Users now use TmpLHSI
359       TmpLHSI->setOperand(1, &Root);             // TmpLHSI now uses the root
360       BB->getInstList().remove(&Root);           // Remove root from the BB
361       BB->getInstList().insert(TmpLHSI, &Root);  // Insert root before TmpLHSI
362
363       // Now propagate the ExtraOperand down the chain of instructions until we
364       // get to LHSI.
365       while (TmpLHSI != LHSI) {
366         Instruction *NextLHSI = cast<Instruction>(TmpLHSI->getOperand(0));
367         Value *NextOp = NextLHSI->getOperand(1);
368         NextLHSI->setOperand(1, ExtraOperand);
369         TmpLHSI = NextLHSI;
370         ExtraOperand = NextOp;
371       }
372       
373       // Now that the instructions are reassociated, have the functor perform
374       // the transformation...
375       return F.apply(Root);
376     }
377     
378     LHSI = dyn_cast<Instruction>(LHSI->getOperand(0));
379   }
380   return 0;
381 }
382
383
384 // AddRHS - Implements: X + X --> X << 1
385 struct AddRHS {
386   Value *RHS;
387   AddRHS(Value *rhs) : RHS(rhs) {}
388   bool shouldApply(Value *LHS) const { return LHS == RHS; }
389   Instruction *apply(BinaryOperator &Add) const {
390     return new ShiftInst(Instruction::Shl, Add.getOperand(0),
391                          ConstantInt::get(Type::UByteTy, 1));
392   }
393 };
394
395 // AddMaskingAnd - Implements (A & C1)+(B & C2) --> (A & C1)|(B & C2)
396 //                 iff C1&C2 == 0
397 struct AddMaskingAnd {
398   Constant *C2;
399   AddMaskingAnd(Constant *c) : C2(c) {}
400   bool shouldApply(Value *LHS) const {
401     if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(LHS))
402       return ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue();
403     return false;
404   }
405   Instruction *apply(BinaryOperator &Add) const {
406     return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Add.getOperand(0),
407                                   Add.getOperand(1));
408   }
409 };
410
411
412
413 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
414   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
415   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
416
417   // X + 0 --> X
418   if (RHS == Constant::getNullValue(I.getType()))
419     return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
420
421   // X + X --> X << 1
422   if (I.getType()->isInteger())
423     if (Instruction *Result = AssociativeOpt(I, AddRHS(RHS))) return Result;
424
425   // -A + B  -->  B - A
426   if (Value *V = dyn_castNegVal(LHS))
427     return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, RHS, V);
428
429   // A + -B  -->  A - B
430   if (!isa<Constant>(RHS))
431     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
432       return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, LHS, V);
433
434   // X*C + X --> X * (C+1)
435   if (dyn_castFoldableMul(LHS) == RHS) {
436     Constant *CP1 =
437       ConstantExpr::get(Instruction::Add, 
438                         cast<Constant>(cast<Instruction>(LHS)->getOperand(1)),
439                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
440     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, RHS, CP1);
441   }
442
443   // X + X*C --> X * (C+1)
444   if (dyn_castFoldableMul(RHS) == LHS) {
445     Constant *CP1 =
446       ConstantExpr::get(Instruction::Add,
447                         cast<Constant>(cast<Instruction>(RHS)->getOperand(1)),
448                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
449     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, LHS, CP1);
450   }
451
452   // (A & C1)+(B & C2) --> (A & C1)|(B & C2) iff C1&C2 == 0
453   if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(RHS))
454     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, AddMaskingAnd(C2))) return R;
455
456   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
457     if (Instruction *ILHS = dyn_cast<Instruction>(LHS)) {
458       switch (ILHS->getOpcode()) {
459       case Instruction::Xor:
460         // ~X + C --> (C-1) - X
461         if (ConstantInt *XorRHS = dyn_cast<ConstantInt>(ILHS->getOperand(1)))
462           if (XorRHS->isAllOnesValue())
463             return BinaryOperator::create(Instruction::Sub,
464                                           ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
465                                     CRHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1)),
466                                           ILHS->getOperand(0));
467         break;
468       default: break;
469       }
470     }
471   }
472
473   return Changed ? &I : 0;
474 }
475
476 // isSignBit - Return true if the value represented by the constant only has the
477 // highest order bit set.
478 static bool isSignBit(ConstantInt *CI) {
479   unsigned NumBits = CI->getType()->getPrimitiveSize()*8;
480   return (CI->getRawValue() & ~(-1LL << NumBits)) == (1ULL << (NumBits-1));
481 }
482
483 static unsigned getTypeSizeInBits(const Type *Ty) {
484   return Ty == Type::BoolTy ? 1 : Ty->getPrimitiveSize()*8;
485 }
486
487 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
488   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
489
490   if (Op0 == Op1)         // sub X, X  -> 0
491     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
492
493   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
494   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1))
495     return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, V);
496
497   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
498     // Replace (-1 - A) with (~A)...
499     if (C->isAllOnesValue())
500       return BinaryOperator::createNot(Op1);
501
502     // C - ~X == X + (1+C)
503     if (BinaryOperator::isNot(Op1))
504       return BinaryOperator::create(Instruction::Add,
505                BinaryOperator::getNotArgument(cast<BinaryOperator>(Op1)),
506                     ConstantExpr::get(Instruction::Add, C,
507                                       ConstantInt::get(I.getType(), 1)));
508   }
509
510   if (BinaryOperator *Op1I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1))
511     if (Op1I->hasOneUse()) {
512       // Replace (x - (y - z)) with (x + (z - y)) if the (y - z) subexpression
513       // is not used by anyone else...
514       //
515       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Sub &&
516           !Op1I->getType()->isFloatingPoint()) {
517         // Swap the two operands of the subexpr...
518         Value *IIOp0 = Op1I->getOperand(0), *IIOp1 = Op1I->getOperand(1);
519         Op1I->setOperand(0, IIOp1);
520         Op1I->setOperand(1, IIOp0);
521         
522         // Create the new top level add instruction...
523         return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, Op1);
524       }
525
526       // Replace (A - (A & B)) with (A & ~B) if this is the only use of (A&B)...
527       //
528       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::And &&
529           (Op1I->getOperand(0) == Op0 || Op1I->getOperand(1) == Op0)) {
530         Value *OtherOp = Op1I->getOperand(Op1I->getOperand(0) == Op0);
531
532         Instruction *NewNot = BinaryOperator::createNot(OtherOp, "B.not", &I);
533         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0, NewNot);
534       }
535
536       // X - X*C --> X * (1-C)
537       if (dyn_castFoldableMul(Op1I) == Op0) {
538         Constant *CP1 =
539           ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
540                             ConstantInt::get(I.getType(), 1),
541                          cast<Constant>(cast<Instruction>(Op1)->getOperand(1)));
542         assert(CP1 && "Couldn't constant fold 1-C?");
543         return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0, CP1);
544       }
545     }
546
547   // X*C - X --> X * (C-1)
548   if (dyn_castFoldableMul(Op0) == Op1) {
549     Constant *CP1 =
550       ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
551                         cast<Constant>(cast<Instruction>(Op0)->getOperand(1)),
552                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
553     assert(CP1 && "Couldn't constant fold C - 1?");
554     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op1, CP1);
555   }
556
557   return 0;
558 }
559
560 Instruction *InstCombiner::visitMul(BinaryOperator &I) {
561   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
562   Value *Op0 = I.getOperand(0);
563
564   // Simplify mul instructions with a constant RHS...
565   if (Constant *Op1 = dyn_cast<Constant>(I.getOperand(1))) {
566     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
567
568       // ((X << C1)*C2) == (X * (C2 << C1))
569       if (ShiftInst *SI = dyn_cast<ShiftInst>(Op0))
570         if (SI->getOpcode() == Instruction::Shl)
571           if (Constant *ShOp = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
572             return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, SI->getOperand(0),
573                                  ConstantExpr::get(Instruction::Shl, CI, ShOp));
574       
575       if (CI->isNullValue())
576         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);  // X * 0  == 0
577       if (CI->equalsInt(1))                  // X * 1  == X
578         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
579       if (CI->isAllOnesValue())              // X * -1 == 0 - X
580         return BinaryOperator::createNeg(Op0, I.getName());
581
582       int64_t Val = (int64_t)cast<ConstantInt>(CI)->getRawValue();
583       if (uint64_t C = Log2(Val))            // Replace X*(2^C) with X << C
584         return new ShiftInst(Instruction::Shl, Op0,
585                              ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
586     } else {
587       ConstantFP *Op1F = cast<ConstantFP>(Op1);
588       if (Op1F->isNullValue())
589         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
590
591       // "In IEEE floating point, x*1 is not equivalent to x for nans.  However,
592       // ANSI says we can drop signals, so we can do this anyway." (from GCC)
593       if (Op1F->getValue() == 1.0)
594         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);  // Eliminate 'mul double %X, 1.0'
595     }
596   }
597
598   if (Value *Op0v = dyn_castNegVal(Op0))     // -X * -Y = X*Y
599     if (Value *Op1v = dyn_castNegVal(I.getOperand(1)))
600       return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0v, Op1v);
601
602   return Changed ? &I : 0;
603 }
604
605 Instruction *InstCombiner::visitDiv(BinaryOperator &I) {
606   // div X, 1 == X
607   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
608     if (RHS->equalsInt(1))
609       return ReplaceInstUsesWith(I, I.getOperand(0));
610
611     // Check to see if this is an unsigned division with an exact power of 2,
612     // if so, convert to a right shift.
613     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
614       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X / 0
615         if (uint64_t C = Log2(Val))
616           return new ShiftInst(Instruction::Shr, I.getOperand(0),
617                                ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
618   }
619
620   // 0 / X == 0, we don't need to preserve faults!
621   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
622     if (LHS->equalsInt(0))
623       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
624
625   return 0;
626 }
627
628
629 Instruction *InstCombiner::visitRem(BinaryOperator &I) {
630   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
631     if (RHS->equalsInt(1))  // X % 1 == 0
632       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
633
634     // Check to see if this is an unsigned remainder with an exact power of 2,
635     // if so, convert to a bitwise and.
636     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
637       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X % 0 (divide by zero)
638         if (Log2(Val))
639           return BinaryOperator::create(Instruction::And, I.getOperand(0),
640                                         ConstantUInt::get(I.getType(), Val-1));
641   }
642
643   // 0 % X == 0, we don't need to preserve faults!
644   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
645     if (LHS->equalsInt(0))
646       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
647
648   return 0;
649 }
650
651 // isMaxValueMinusOne - return true if this is Max-1
652 static bool isMaxValueMinusOne(const ConstantInt *C) {
653   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C)) {
654     // Calculate -1 casted to the right type...
655     unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
656     uint64_t Val = ~0ULL;                // All ones
657     Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
658     return CU->getValue() == Val-1;
659   }
660
661   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
662   
663   // Calculate 0111111111..11111
664   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
665   int64_t Val = INT64_MAX;             // All ones
666   Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
667   return CS->getValue() == Val-1;
668 }
669
670 // isMinValuePlusOne - return true if this is Min+1
671 static bool isMinValuePlusOne(const ConstantInt *C) {
672   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C))
673     return CU->getValue() == 1;
674
675   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
676   
677   // Calculate 1111111111000000000000 
678   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
679   int64_t Val = -1;                    // All ones
680   Val <<= TypeBits-1;                  // Shift over to the right spot
681   return CS->getValue() == Val+1;
682 }
683
684 /// getSetCondCode - Encode a setcc opcode into a three bit mask.  These bits
685 /// are carefully arranged to allow folding of expressions such as:
686 ///
687 ///      (A < B) | (A > B) --> (A != B)
688 ///
689 /// Bit value '4' represents that the comparison is true if A > B, bit value '2'
690 /// represents that the comparison is true if A == B, and bit value '1' is true
691 /// if A < B.
692 ///
693 static unsigned getSetCondCode(const SetCondInst *SCI) {
694   switch (SCI->getOpcode()) {
695     // False -> 0
696   case Instruction::SetGT: return 1;
697   case Instruction::SetEQ: return 2;
698   case Instruction::SetGE: return 3;
699   case Instruction::SetLT: return 4;
700   case Instruction::SetNE: return 5;
701   case Instruction::SetLE: return 6;
702     // True -> 7
703   default:
704     assert(0 && "Invalid SetCC opcode!");
705     return 0;
706   }
707 }
708
709 /// getSetCCValue - This is the complement of getSetCondCode, which turns an
710 /// opcode and two operands into either a constant true or false, or a brand new
711 /// SetCC instruction.
712 static Value *getSetCCValue(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS) {
713   switch (Opcode) {
714   case 0: return ConstantBool::False;
715   case 1: return new SetCondInst(Instruction::SetGT, LHS, RHS);
716   case 2: return new SetCondInst(Instruction::SetEQ, LHS, RHS);
717   case 3: return new SetCondInst(Instruction::SetGE, LHS, RHS);
718   case 4: return new SetCondInst(Instruction::SetLT, LHS, RHS);
719   case 5: return new SetCondInst(Instruction::SetNE, LHS, RHS);
720   case 6: return new SetCondInst(Instruction::SetLE, LHS, RHS);
721   case 7: return ConstantBool::True;
722   default: assert(0 && "Illegal SetCCCode!"); return 0;
723   }
724 }
725
726 // FoldSetCCLogical - Implements (setcc1 A, B) & (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
727 struct FoldSetCCLogical {
728   InstCombiner &IC;
729   Value *LHS, *RHS;
730   FoldSetCCLogical(InstCombiner &ic, SetCondInst *SCI)
731     : IC(ic), LHS(SCI->getOperand(0)), RHS(SCI->getOperand(1)) {}
732   bool shouldApply(Value *V) const {
733     if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(V))
734       return (SCI->getOperand(0) == LHS && SCI->getOperand(1) == RHS ||
735               SCI->getOperand(0) == RHS && SCI->getOperand(1) == LHS);
736     return false;
737   }
738   Instruction *apply(BinaryOperator &Log) const {
739     SetCondInst *SCI = cast<SetCondInst>(Log.getOperand(0));
740     if (SCI->getOperand(0) != LHS) {
741       assert(SCI->getOperand(1) == LHS);
742       SCI->swapOperands();  // Swap the LHS and RHS of the SetCC
743     }
744
745     unsigned LHSCode = getSetCondCode(SCI);
746     unsigned RHSCode = getSetCondCode(cast<SetCondInst>(Log.getOperand(1)));
747     unsigned Code;
748     switch (Log.getOpcode()) {
749     case Instruction::And: Code = LHSCode & RHSCode; break;
750     case Instruction::Or:  Code = LHSCode | RHSCode; break;
751     case Instruction::Xor: Code = LHSCode ^ RHSCode; break;
752     default: assert(0 && "Illegal logical opcode!"); return 0;
753     }
754
755     Value *RV = getSetCCValue(Code, LHS, RHS);
756     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(RV))
757       return I;
758     // Otherwise, it's a constant boolean value...
759     return IC.ReplaceInstUsesWith(Log, RV);
760   }
761 };
762
763
764 // OptAndOp - This handles expressions of the form ((val OP C1) & C2).  Where
765 // the Op parameter is 'OP', OpRHS is 'C1', and AndRHS is 'C2'.  Op is
766 // guaranteed to be either a shift instruction or a binary operator.
767 Instruction *InstCombiner::OptAndOp(Instruction *Op,
768                                     ConstantIntegral *OpRHS,
769                                     ConstantIntegral *AndRHS,
770                                     BinaryOperator &TheAnd) {
771   Value *X = Op->getOperand(0);
772   Constant *Together = 0;
773   if (!isa<ShiftInst>(Op))
774     Together = ConstantExpr::get(Instruction::And, AndRHS, OpRHS);
775
776   switch (Op->getOpcode()) {
777   case Instruction::Xor:
778     if (Together->isNullValue()) {
779       // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) iff (C1&C2) == 0
780       return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS);
781     } else if (Op->hasOneUse()) {
782       // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) ^ (C1&C2)
783       std::string OpName = Op->getName(); Op->setName("");
784       Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And,
785                                                 X, AndRHS, OpName);
786       InsertNewInstBefore(And, TheAnd);
787       return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, And, Together);
788     }
789     break;
790   case Instruction::Or:
791     // (X | C1) & C2 --> X & C2 iff C1 & C1 == 0
792     if (Together->isNullValue())
793       return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS);
794     else {
795       if (Together == AndRHS) // (X | C) & C --> C
796         return ReplaceInstUsesWith(TheAnd, AndRHS);
797       
798       if (Op->hasOneUse() && Together != OpRHS) {
799         // (X | C1) & C2 --> (X | (C1&C2)) & C2
800         std::string Op0Name = Op->getName(); Op->setName("");
801         Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, X,
802                                                  Together, Op0Name);
803         InsertNewInstBefore(Or, TheAnd);
804         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or, AndRHS);
805       }
806     }
807     break;
808   case Instruction::Add:
809     if (Op->hasOneUse()) {
810       // Adding a one to a single bit bit-field should be turned into an XOR
811       // of the bit.  First thing to check is to see if this AND is with a
812       // single bit constant.
813       unsigned long long AndRHSV = cast<ConstantInt>(AndRHS)->getRawValue();
814
815       // Clear bits that are not part of the constant.
816       AndRHSV &= (1ULL << AndRHS->getType()->getPrimitiveSize()*8)-1;
817
818       // If there is only one bit set...
819       if ((AndRHSV & (AndRHSV-1)) == 0) {
820         // Ok, at this point, we know that we are masking the result of the
821         // ADD down to exactly one bit.  If the constant we are adding has
822         // no bits set below this bit, then we can eliminate the ADD.
823         unsigned long long AddRHS = cast<ConstantInt>(OpRHS)->getRawValue();
824             
825         // Check to see if any bits below the one bit set in AndRHSV are set.
826         if ((AddRHS & (AndRHSV-1)) == 0) {
827           // If not, the only thing that can effect the output of the AND is
828           // the bit specified by AndRHSV.  If that bit is set, the effect of
829           // the XOR is to toggle the bit.  If it is clear, then the ADD has
830           // no effect.
831           if ((AddRHS & AndRHSV) == 0) { // Bit is not set, noop
832             TheAnd.setOperand(0, X);
833             return &TheAnd;
834           } else {
835             std::string Name = Op->getName(); Op->setName("");
836             // Pull the XOR out of the AND.
837             Instruction *NewAnd =
838               BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS, Name);
839             InsertNewInstBefore(NewAnd, TheAnd);
840             return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, NewAnd, AndRHS);
841           }
842         }
843       }
844     }
845     break;
846
847   case Instruction::Shl: {
848     // We know that the AND will not produce any of the bits shifted in, so if
849     // the anded constant includes them, clear them now!
850     //
851     Constant *AllOne = ConstantIntegral::getAllOnesValue(AndRHS->getType());
852     Constant *CI = ConstantExpr::get(Instruction::And, AndRHS,
853                             ConstantExpr::get(Instruction::Shl, AllOne, OpRHS));
854     if (CI != AndRHS) {
855       TheAnd.setOperand(1, CI);
856       return &TheAnd;
857     }
858     break;
859   } 
860   case Instruction::Shr:
861     // We know that the AND will not produce any of the bits shifted in, so if
862     // the anded constant includes them, clear them now!  This only applies to
863     // unsigned shifts, because a signed shr may bring in set bits!
864     //
865     if (AndRHS->getType()->isUnsigned()) {
866       Constant *AllOne = ConstantIntegral::getAllOnesValue(AndRHS->getType());
867       Constant *CI = ConstantExpr::get(Instruction::And, AndRHS,
868                             ConstantExpr::get(Instruction::Shr, AllOne, OpRHS));
869       if (CI != AndRHS) {
870         TheAnd.setOperand(1, CI);
871         return &TheAnd;
872       }
873     }
874     break;
875   }
876   return 0;
877 }
878
879
880 Instruction *InstCombiner::visitAnd(BinaryOperator &I) {
881   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
882   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
883
884   // and X, X = X   and X, 0 == 0
885   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
886     return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
887
888   // and X, -1 == X
889   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
890     if (RHS->isAllOnesValue())
891       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
892
893     // Optimize a variety of ((val OP C1) & C2) combinations...
894     if (isa<BinaryOperator>(Op0) || isa<ShiftInst>(Op0)) {
895       Instruction *Op0I = cast<Instruction>(Op0);
896       Value *X = Op0I->getOperand(0);
897       if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1)))
898         if (Instruction *Res = OptAndOp(Op0I, Op0CI, RHS, I))
899           return Res;
900     }
901   }
902
903   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
904   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
905
906   // (~A & ~B) == (~(A | B)) - Demorgan's Law
907   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
908     Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0NotVal,
909                                              Op1NotVal,I.getName()+".demorgan");
910     InsertNewInstBefore(Or, I);
911     return BinaryOperator::createNot(Or);
912   }
913
914   if (Op0NotVal == Op1 || Op1NotVal == Op0)  // A & ~A  == ~A & A == 0
915     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
916
917   // (setcc1 A, B) & (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
918   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
919     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
920       return R;
921
922   return Changed ? &I : 0;
923 }
924
925
926
927 Instruction *InstCombiner::visitOr(BinaryOperator &I) {
928   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
929   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
930
931   // or X, X = X   or X, 0 == X
932   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
933     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
934
935   // or X, -1 == -1
936   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
937     if (RHS->isAllOnesValue())
938       return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
939
940     if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
941       // (X & C1) | C2 --> (X | C2) & (C1|C2)
942       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::And && isOnlyUse(Op0))
943         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
944           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
945           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
946                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
947                                                    Op0Name);
948           InsertNewInstBefore(Or, I);
949           return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or,
950                              ConstantExpr::get(Instruction::Or, RHS, Op0CI));
951         }
952
953       // (X ^ C1) | C2 --> (X | C2) ^ (C1&~C2)
954       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Xor && isOnlyUse(Op0))
955         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
956           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
957           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
958                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
959                                                    Op0Name);
960           InsertNewInstBefore(Or, I);
961           return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Or,
962                             ConstantExpr::get(Instruction::And, Op0CI,
963                                               NotConstant(RHS)));
964         }
965     }
966   }
967
968   // (A & C1)|(A & C2) == A & (C1|C2)
969   if (Instruction *LHS = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
970     if (Instruction *RHS = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1))
971       if (LHS->getOperand(0) == RHS->getOperand(0))
972         if (Constant *C0 = dyn_castMaskingAnd(LHS))
973           if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(RHS))
974             return BinaryOperator::create(Instruction::And, LHS->getOperand(0),
975                                     ConstantExpr::get(Instruction::Or, C0, C1));
976
977   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
978   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
979
980   if (Op1 == Op0NotVal)   // ~A | A == -1
981     return ReplaceInstUsesWith(I, 
982                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
983
984   if (Op0 == Op1NotVal)   // A | ~A == -1
985     return ReplaceInstUsesWith(I, 
986                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
987
988   // (~A | ~B) == (~(A & B)) - Demorgan's Law
989   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
990     Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0NotVal,
991                                               Op1NotVal,I.getName()+".demorgan",
992                                               &I);
993     WorkList.push_back(And);
994     return BinaryOperator::createNot(And);
995   }
996
997   // (setcc1 A, B) | (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
998   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
999     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
1000       return R;
1001
1002   return Changed ? &I : 0;
1003 }
1004
1005 // XorSelf - Implements: X ^ X --> 0
1006 struct XorSelf {
1007   Value *RHS;
1008   XorSelf(Value *rhs) : RHS(rhs) {}
1009   bool shouldApply(Value *LHS) const { return LHS == RHS; }
1010   Instruction *apply(BinaryOperator &Xor) const {
1011     return &Xor;
1012   }
1013 };
1014
1015
1016 Instruction *InstCombiner::visitXor(BinaryOperator &I) {
1017   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
1018   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1019
1020   // xor X, X = 0, even if X is nested in a sequence of Xor's.
1021   if (Instruction *Result = AssociativeOpt(I, XorSelf(Op1))) {
1022     assert(Result == &I && "AssociativeOpt didn't work?");
1023     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
1024   }
1025
1026   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
1027     // xor X, 0 == X
1028     if (RHS->isNullValue())
1029       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
1030
1031     if (BinaryOperator *Op0I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
1032       // xor (setcc A, B), true = not (setcc A, B) = setncc A, B
1033       if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(Op0I))
1034         if (RHS == ConstantBool::True && SCI->hasOneUse())
1035           return new SetCondInst(SCI->getInverseCondition(),
1036                                  SCI->getOperand(0), SCI->getOperand(1));
1037
1038       // ~(c-X) == X-c-1 == X+(-c-1)
1039       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Sub && RHS->isAllOnesValue())
1040         if (Constant *Op0I0C = dyn_cast<Constant>(Op0I->getOperand(0))) {
1041           Constant *NegOp0I0C = ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
1042                              Constant::getNullValue(Op0I0C->getType()), Op0I0C);
1043           Constant *ConstantRHS = ConstantExpr::get(Instruction::Sub, NegOp0I0C,
1044                                               ConstantInt::get(I.getType(), 1));
1045           return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0I->getOperand(1),
1046                                         ConstantRHS);
1047         }
1048           
1049       if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1)))
1050         switch (Op0I->getOpcode()) {
1051         case Instruction::Add:
1052           // ~(X-c) --> (-c-1)-X
1053           if (RHS->isAllOnesValue()) {
1054             Constant *NegOp0CI = ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
1055                                Constant::getNullValue(Op0CI->getType()), Op0CI);
1056             return BinaryOperator::create(Instruction::Sub,
1057                            ConstantExpr::get(Instruction::Sub, NegOp0CI,
1058                                              ConstantInt::get(I.getType(), 1)),
1059                                           Op0I->getOperand(0));
1060           }
1061           break;
1062         case Instruction::And:
1063           // (X & C1) ^ C2 --> (X & C1) | C2 iff (C1&C2) == 0
1064           if (ConstantExpr::get(Instruction::And, RHS, Op0CI)->isNullValue())
1065             return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0, RHS);
1066           break;
1067         case Instruction::Or:
1068           // (X | C1) ^ C2 --> (X | C1) & ~C2 iff (C1&C2) == C2
1069           if (ConstantExpr::get(Instruction::And, RHS, Op0CI) == RHS)
1070             return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0,
1071                                           NotConstant(RHS));
1072           break;
1073         default: break;
1074         }
1075     }
1076   }
1077
1078   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op0))   // ~A ^ A == -1
1079     if (X == Op1)
1080       return ReplaceInstUsesWith(I,
1081                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
1082
1083   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op1))   // A ^ ~A == -1
1084     if (X == Op0)
1085       return ReplaceInstUsesWith(I,
1086                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
1087
1088   if (Instruction *Op1I = dyn_cast<Instruction>(Op1))
1089     if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Or) {
1090       if (Op1I->getOperand(0) == Op0) {              // B^(B|A) == (A|B)^B
1091         cast<BinaryOperator>(Op1I)->swapOperands();
1092         I.swapOperands();
1093         std::swap(Op0, Op1);
1094       } else if (Op1I->getOperand(1) == Op0) {       // B^(A|B) == (A|B)^B
1095         I.swapOperands();
1096         std::swap(Op0, Op1);
1097       }      
1098     } else if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Xor) {
1099       if (Op0 == Op1I->getOperand(0))                        // A^(A^B) == B
1100         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1I->getOperand(1));
1101       else if (Op0 == Op1I->getOperand(1))                   // A^(B^A) == B
1102         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1I->getOperand(0));
1103     }
1104
1105   if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0))
1106     if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Or && Op0I->hasOneUse()) {
1107       if (Op0I->getOperand(0) == Op1)                // (B|A)^B == (A|B)^B
1108         cast<BinaryOperator>(Op0I)->swapOperands();
1109       if (Op0I->getOperand(1) == Op1) {              // (A|B)^B == A & ~B
1110         Value *NotB = BinaryOperator::createNot(Op1, Op1->getName()+".not", &I);
1111         WorkList.push_back(cast<Instruction>(NotB));
1112         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0I->getOperand(0),
1113                                       NotB);
1114       }
1115     } else if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Xor) {
1116       if (Op1 == Op0I->getOperand(0))                        // (A^B)^A == B
1117         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0I->getOperand(1));
1118       else if (Op1 == Op0I->getOperand(1))                   // (B^A)^A == B
1119         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0I->getOperand(0));
1120     }
1121
1122   // (A & C1)^(B & C2) -> (A & C1)|(B & C2) iff C1^C2 == 0
1123   if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(Op0))
1124     if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(Op1))
1125       if (ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue())
1126         return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0, Op1);
1127
1128   // (setcc1 A, B) ^ (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
1129   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
1130     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
1131       return R;
1132
1133   return Changed ? &I : 0;
1134 }
1135
1136 // AddOne, SubOne - Add or subtract a constant one from an integer constant...
1137 static Constant *AddOne(ConstantInt *C) {
1138   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Add, C,
1139                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
1140   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
1141   return Result;
1142 }
1143 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
1144   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Sub, C,
1145                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
1146   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
1147   return Result;
1148 }
1149
1150 // isTrueWhenEqual - Return true if the specified setcondinst instruction is
1151 // true when both operands are equal...
1152 //
1153 static bool isTrueWhenEqual(Instruction &I) {
1154   return I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
1155          I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
1156          I.getOpcode() == Instruction::SetLE;
1157 }
1158
1159 Instruction *InstCombiner::visitSetCondInst(BinaryOperator &I) {
1160   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
1161   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1162   const Type *Ty = Op0->getType();
1163
1164   // setcc X, X
1165   if (Op0 == Op1)
1166     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isTrueWhenEqual(I)));
1167
1168   // setcc <global/alloca*>, 0 - Global/Stack value addresses are never null!
1169   if (isa<ConstantPointerNull>(Op1) && 
1170       (isa<GlobalValue>(Op0) || isa<AllocaInst>(Op0)))
1171     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(!isTrueWhenEqual(I)));
1172
1173
1174   // setcc's with boolean values can always be turned into bitwise operations
1175   if (Ty == Type::BoolTy) {
1176     // If this is <, >, or !=, we can change this into a simple xor instruction
1177     if (!isTrueWhenEqual(I))
1178       return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1);
1179
1180     // Otherwise we need to make a temporary intermediate instruction and insert
1181     // it into the instruction stream.  This is what we are after:
1182     //
1183     //  seteq bool %A, %B -> ~(A^B)
1184     //  setle bool %A, %B -> ~A | B
1185     //  setge bool %A, %B -> A | ~B
1186     //
1187     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ) {  // seteq case
1188       Instruction *Xor = BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1,
1189                                                 I.getName()+"tmp");
1190       InsertNewInstBefore(Xor, I);
1191       return BinaryOperator::createNot(Xor);
1192     }
1193
1194     // Handle the setXe cases...
1195     assert(I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
1196            I.getOpcode() == Instruction::SetLE);
1197
1198     if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)
1199       std::swap(Op0, Op1);                   // Change setge -> setle
1200
1201     // Now we just have the SetLE case.
1202     Instruction *Not = BinaryOperator::createNot(Op0, I.getName()+"tmp");
1203     InsertNewInstBefore(Not, I);
1204     return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Not, Op1);
1205   }
1206
1207   // Check to see if we are doing one of many comparisons against constant
1208   // integers at the end of their ranges...
1209   //
1210   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1211     // Simplify seteq and setne instructions...
1212     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
1213         I.getOpcode() == Instruction::SetNE) {
1214       bool isSetNE = I.getOpcode() == Instruction::SetNE;
1215
1216       // If the first operand is (and|or|xor) with a constant, and the second
1217       // operand is a constant, simplify a bit.
1218       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
1219         switch (BO->getOpcode()) {
1220         case Instruction::Add:
1221           if (CI->isNullValue()) {
1222             // Replace ((add A, B) != 0) with (A != -B) if A or B is
1223             // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
1224             Value *BOp0 = BO->getOperand(0), *BOp1 = BO->getOperand(1);
1225             if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp1))
1226               return new SetCondInst(I.getOpcode(), BOp0, NegVal);
1227             else if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp0))
1228               return new SetCondInst(I.getOpcode(), NegVal, BOp1);
1229             else if (BO->hasOneUse()) {
1230               Instruction *Neg = BinaryOperator::createNeg(BOp1, BO->getName());
1231               BO->setName("");
1232               InsertNewInstBefore(Neg, I);
1233               return new SetCondInst(I.getOpcode(), BOp0, Neg);
1234             }
1235           }
1236           break;
1237         case Instruction::Xor:
1238           // For the xor case, we can xor two constants together, eliminating
1239           // the explicit xor.
1240           if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
1241             return BinaryOperator::create(I.getOpcode(), BO->getOperand(0),
1242                                   ConstantExpr::get(Instruction::Xor, CI, BOC));
1243
1244           // FALLTHROUGH
1245         case Instruction::Sub:
1246           // Replace (([sub|xor] A, B) != 0) with (A != B)
1247           if (CI->isNullValue())
1248             return new SetCondInst(I.getOpcode(), BO->getOperand(0),
1249                                    BO->getOperand(1));
1250           break;
1251
1252         case Instruction::Or:
1253           // If bits are being or'd in that are not present in the constant we
1254           // are comparing against, then the comparison could never succeed!
1255           if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1))) {
1256             Constant *NotCI = NotConstant(CI);
1257             if (!ConstantExpr::get(Instruction::And, BOC, NotCI)->isNullValue())
1258               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
1259           }
1260           break;
1261
1262         case Instruction::And:
1263           if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1264             // If bits are being compared against that are and'd out, then the
1265             // comparison can never succeed!
1266             if (!ConstantExpr::get(Instruction::And, CI,
1267                                    NotConstant(BOC))->isNullValue())
1268               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
1269
1270             // Replace (and X, (1 << size(X)-1) != 0) with x < 0, converting X
1271             // to be a signed value as appropriate.
1272             if (isSignBit(BOC)) {
1273               Value *X = BO->getOperand(0);
1274               // If 'X' is not signed, insert a cast now...
1275               if (!BOC->getType()->isSigned()) {
1276                 const Type *DestTy;
1277                 switch (BOC->getType()->getPrimitiveID()) {
1278                 case Type::UByteTyID:  DestTy = Type::SByteTy; break;
1279                 case Type::UShortTyID: DestTy = Type::ShortTy; break;
1280                 case Type::UIntTyID:   DestTy = Type::IntTy;   break;
1281                 case Type::ULongTyID:  DestTy = Type::LongTy;  break;
1282                 default: assert(0 && "Invalid unsigned integer type!"); abort();
1283                 }
1284                 CastInst *NewCI = new CastInst(X,DestTy,X->getName()+".signed");
1285                 InsertNewInstBefore(NewCI, I);
1286                 X = NewCI;
1287               }
1288               return new SetCondInst(isSetNE ? Instruction::SetLT :
1289                                          Instruction::SetGE, X,
1290                                      Constant::getNullValue(X->getType()));
1291             }
1292           }
1293         default: break;
1294         }
1295       }
1296     }
1297
1298     // Check to see if we are comparing against the minimum or maximum value...
1299     if (CI->isMinValue()) {
1300       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN -> FALSE
1301         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1302       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN -> TRUE
1303         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1304       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MIN -> A == MIN
1305         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0, Op1);
1306       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MIN -> A != MIN
1307         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0, Op1);
1308
1309     } else if (CI->isMaxValue()) {
1310       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX -> FALSE
1311         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1312       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX -> TRUE
1313         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1314       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MAX -> A == MAX
1315         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0, Op1);
1316       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MAX -> A != MAX
1317         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0, Op1);
1318
1319       // Comparing against a value really close to min or max?
1320     } else if (isMinValuePlusOne(CI)) {
1321       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN+1 -> A == MIN
1322         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0, SubOne(CI));
1323       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN-1 -> A != MIN
1324         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0, SubOne(CI));
1325
1326     } else if (isMaxValueMinusOne(CI)) {
1327       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX-1 -> A == MAX
1328         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0, AddOne(CI));
1329       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX-1 -> A != MAX
1330         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0, AddOne(CI));
1331     }
1332   }
1333
1334   // Test to see if the operands of the setcc are casted versions of other
1335   // values.  If the cast can be stripped off both arguments, we do so now.
1336   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op0)) {
1337     Value *CastOp0 = CI->getOperand(0);
1338     if (CastOp0->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(CI->getType()) &&
1339         !isa<Argument>(Op1) &&
1340         (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
1341          I.getOpcode() == Instruction::SetNE)) {
1342       // We keep moving the cast from the left operand over to the right
1343       // operand, where it can often be eliminated completely.
1344       Op0 = CastOp0;
1345       
1346       // If operand #1 is a cast instruction, see if we can eliminate it as
1347       // well.
1348       if (CastInst *CI2 = dyn_cast<CastInst>(Op1))
1349         if (CI2->getOperand(0)->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(
1350                                                                Op0->getType()))
1351           Op1 = CI2->getOperand(0);
1352       
1353       // If Op1 is a constant, we can fold the cast into the constant.
1354       if (Op1->getType() != Op0->getType())
1355         if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
1356           Op1 = ConstantExpr::getCast(Op1C, Op0->getType());
1357         } else {
1358           // Otherwise, cast the RHS right before the setcc
1359           Op1 = new CastInst(Op1, Op0->getType(), Op1->getName());
1360           InsertNewInstBefore(cast<Instruction>(Op1), I);
1361         }
1362       return BinaryOperator::create(I.getOpcode(), Op0, Op1);
1363     }
1364
1365     // Handle the special case of: setcc (cast bool to X), <cst>
1366     // This comes up when you have code like
1367     //   int X = A < B;
1368     //   if (X) ...
1369     // For generality, we handle any zero-extension of any operand comparison
1370     // with a constant.
1371     if (ConstantInt *ConstantRHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1372       const Type *SrcTy = CastOp0->getType();
1373       const Type *DestTy = Op0->getType();
1374       if (SrcTy->getPrimitiveSize() < DestTy->getPrimitiveSize() &&
1375           (SrcTy->isUnsigned() || SrcTy == Type::BoolTy)) {
1376         // Ok, we have an expansion of operand 0 into a new type.  Get the
1377         // constant value, masink off bits which are not set in the RHS.  These
1378         // could be set if the destination value is signed.
1379         uint64_t ConstVal = ConstantRHS->getRawValue();
1380         ConstVal &= (1ULL << DestTy->getPrimitiveSize()*8)-1;
1381
1382         // If the constant we are comparing it with has high bits set, which
1383         // don't exist in the original value, the values could never be equal,
1384         // because the source would be zero extended.
1385         unsigned SrcBits =
1386           SrcTy == Type::BoolTy ? 1 : SrcTy->getPrimitiveSize()*8;
1387         bool HasSignBit = ConstVal & (1ULL << (DestTy->getPrimitiveSize()*8-1));
1388         if (ConstVal & ~((1ULL << SrcBits)-1)) {
1389           switch (I.getOpcode()) {
1390           default: assert(0 && "Unknown comparison type!");
1391           case Instruction::SetEQ:
1392             return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1393           case Instruction::SetNE:
1394             return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1395           case Instruction::SetLT:
1396           case Instruction::SetLE:
1397             if (DestTy->isSigned() && HasSignBit)
1398               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1399             return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1400           case Instruction::SetGT:
1401           case Instruction::SetGE:
1402             if (DestTy->isSigned() && HasSignBit)
1403               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1404             return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1405           }
1406         }
1407         
1408         // Otherwise, we can replace the setcc with a setcc of the smaller
1409         // operand value.
1410         Op1 = ConstantExpr::getCast(cast<Constant>(Op1), SrcTy);
1411         return BinaryOperator::create(I.getOpcode(), CastOp0, Op1);
1412       }
1413     }
1414   }
1415   return Changed ? &I : 0;
1416 }
1417
1418
1419
1420 Instruction *InstCombiner::visitShiftInst(ShiftInst &I) {
1421   assert(I.getOperand(1)->getType() == Type::UByteTy);
1422   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1423   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
1424
1425   // shl X, 0 == X and shr X, 0 == X
1426   // shl 0, X == 0 and shr 0, X == 0
1427   if (Op1 == Constant::getNullValue(Type::UByteTy) ||
1428       Op0 == Constant::getNullValue(Op0->getType()))
1429     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
1430
1431   // shr int -1, X = -1   (for any arithmetic shift rights of ~0)
1432   if (!isLeftShift)
1433     if (ConstantSInt *CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(Op0))
1434       if (CSI->isAllOnesValue())
1435         return ReplaceInstUsesWith(I, CSI);
1436
1437   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast<ConstantUInt>(Op1)) {
1438     // shl uint X, 32 = 0 and shr ubyte Y, 9 = 0, ... just don't eliminate shr
1439     // of a signed value.
1440     //
1441     unsigned TypeBits = Op0->getType()->getPrimitiveSize()*8;
1442     if (CUI->getValue() >= TypeBits &&
1443         (!Op0->getType()->isSigned() || isLeftShift))
1444       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
1445
1446     // ((X*C1) << C2) == (X * (C1 << C2))
1447     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
1448       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul && isLeftShift)
1449         if (Constant *BOOp = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
1450           return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, BO->getOperand(0),
1451                                 ConstantExpr::get(Instruction::Shl, BOOp, CUI));
1452     
1453
1454     // If the operand is an bitwise operator with a constant RHS, and the
1455     // shift is the only use, we can pull it out of the shift.
1456     if (Op0->hasOneUse())
1457       if (BinaryOperator *Op0BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
1458         if (ConstantInt *Op0C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0BO->getOperand(1))) {
1459           bool isValid = true;     // Valid only for And, Or, Xor
1460           bool highBitSet = false; // Transform if high bit of constant set?
1461
1462           switch (Op0BO->getOpcode()) {
1463           default: isValid = false; break;   // Do not perform transform!
1464           case Instruction::Or:
1465           case Instruction::Xor:
1466             highBitSet = false;
1467             break;
1468           case Instruction::And:
1469             highBitSet = true;
1470             break;
1471           }
1472
1473           // If this is a signed shift right, and the high bit is modified
1474           // by the logical operation, do not perform the transformation.
1475           // The highBitSet boolean indicates the value of the high bit of
1476           // the constant which would cause it to be modified for this
1477           // operation.
1478           //
1479           if (isValid && !isLeftShift && !I.getType()->isUnsigned()) {
1480             uint64_t Val = Op0C->getRawValue();
1481             isValid = ((Val & (1 << (TypeBits-1))) != 0) == highBitSet;
1482           }
1483
1484           if (isValid) {
1485             Constant *NewRHS = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), Op0C, CUI);
1486
1487             Instruction *NewShift =
1488               new ShiftInst(I.getOpcode(), Op0BO->getOperand(0), CUI,
1489                             Op0BO->getName());
1490             Op0BO->setName("");
1491             InsertNewInstBefore(NewShift, I);
1492
1493             return BinaryOperator::create(Op0BO->getOpcode(), NewShift,
1494                                           NewRHS);
1495           }
1496         }
1497
1498     // If this is a shift of a shift, see if we can fold the two together...
1499     if (ShiftInst *Op0SI = dyn_cast<ShiftInst>(Op0))
1500       if (ConstantUInt *ShiftAmt1C =
1501                                  dyn_cast<ConstantUInt>(Op0SI->getOperand(1))) {
1502         unsigned ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getValue();
1503         unsigned ShiftAmt2 = CUI->getValue();
1504         
1505         // Check for (A << c1) << c2   and   (A >> c1) >> c2
1506         if (I.getOpcode() == Op0SI->getOpcode()) {
1507           unsigned Amt = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift...
1508           return new ShiftInst(I.getOpcode(), Op0SI->getOperand(0),
1509                                ConstantUInt::get(Type::UByteTy, Amt));
1510         }
1511         
1512         // Check for (A << c1) >> c2 or visaversa.  If we are dealing with
1513         // signed types, we can only support the (A >> c1) << c2 configuration,
1514         // because it can not turn an arbitrary bit of A into a sign bit.
1515         if (I.getType()->isUnsigned() || isLeftShift) {
1516           // Calculate bitmask for what gets shifted off the edge...
1517           Constant *C = ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType());
1518           if (isLeftShift)
1519             C = ConstantExpr::get(Instruction::Shl, C, ShiftAmt1C);
1520           else
1521             C = ConstantExpr::get(Instruction::Shr, C, ShiftAmt1C);
1522           
1523           Instruction *Mask =
1524             BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0SI->getOperand(0),
1525                                    C, Op0SI->getOperand(0)->getName()+".mask");
1526           InsertNewInstBefore(Mask, I);
1527           
1528           // Figure out what flavor of shift we should use...
1529           if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2)
1530             return ReplaceInstUsesWith(I, Mask);  // (A << c) >> c  === A & c2
1531           else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
1532             return new ShiftInst(I.getOpcode(), Mask,
1533                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt2-ShiftAmt1));
1534           } else {
1535             return new ShiftInst(Op0SI->getOpcode(), Mask,
1536                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt1-ShiftAmt2));
1537           }
1538         }
1539       }
1540   }
1541
1542   return 0;
1543 }
1544
1545
1546 // isEliminableCastOfCast - Return true if it is valid to eliminate the CI
1547 // instruction.
1548 //
1549 static inline bool isEliminableCastOfCast(const Type *SrcTy, const Type *MidTy,
1550                                           const Type *DstTy) {
1551
1552   // It is legal to eliminate the instruction if casting A->B->A if the sizes
1553   // are identical and the bits don't get reinterpreted (for example 
1554   // int->float->int would not be allowed)
1555   if (SrcTy == DstTy && SrcTy->isLosslesslyConvertibleTo(MidTy))
1556     return true;
1557
1558   // Allow free casting and conversion of sizes as long as the sign doesn't
1559   // change...
1560   if (SrcTy->isIntegral() && MidTy->isIntegral() && DstTy->isIntegral()) {
1561     unsigned SrcSize = SrcTy->getPrimitiveSize();
1562     unsigned MidSize = MidTy->getPrimitiveSize();
1563     unsigned DstSize = DstTy->getPrimitiveSize();
1564
1565     // Cases where we are monotonically decreasing the size of the type are
1566     // always ok, regardless of what sign changes are going on.
1567     //
1568     if (SrcSize >= MidSize && MidSize >= DstSize)
1569       return true;
1570
1571     // Cases where the source and destination type are the same, but the middle
1572     // type is bigger are noops.
1573     //
1574     if (SrcSize == DstSize && MidSize > SrcSize)
1575       return true;
1576
1577     // If we are monotonically growing, things are more complex.
1578     //
1579     if (SrcSize <= MidSize && MidSize <= DstSize) {
1580       // We have eight combinations of signedness to worry about. Here's the
1581       // table:
1582       static const int SignTable[8] = {
1583         // CODE, SrcSigned, MidSigned, DstSigned, Comment
1584         1,     //   U          U          U       Always ok
1585         1,     //   U          U          S       Always ok
1586         3,     //   U          S          U       Ok iff SrcSize != MidSize
1587         3,     //   U          S          S       Ok iff SrcSize != MidSize
1588         0,     //   S          U          U       Never ok
1589         2,     //   S          U          S       Ok iff MidSize == DstSize
1590         1,     //   S          S          U       Always ok
1591         1,     //   S          S          S       Always ok
1592       };
1593
1594       // Choose an action based on the current entry of the signtable that this
1595       // cast of cast refers to...
1596       unsigned Row = SrcTy->isSigned()*4+MidTy->isSigned()*2+DstTy->isSigned();
1597       switch (SignTable[Row]) {
1598       case 0: return false;              // Never ok
1599       case 1: return true;               // Always ok
1600       case 2: return MidSize == DstSize; // Ok iff MidSize == DstSize
1601       case 3:                            // Ok iff SrcSize != MidSize
1602         return SrcSize != MidSize || SrcTy == Type::BoolTy;
1603       default: assert(0 && "Bad entry in sign table!");
1604       }
1605     }
1606   }
1607
1608   // Otherwise, we cannot succeed.  Specifically we do not want to allow things
1609   // like:  short -> ushort -> uint, because this can create wrong results if
1610   // the input short is negative!
1611   //
1612   return false;
1613 }
1614
1615 static bool ValueRequiresCast(const Value *V, const Type *Ty) {
1616   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
1617   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
1618     if (isEliminableCastOfCast(CI->getOperand(0)->getType(), CI->getType(), Ty))
1619       return false;
1620   return true;
1621 }
1622
1623 /// InsertOperandCastBefore - This inserts a cast of V to DestTy before the
1624 /// InsertBefore instruction.  This is specialized a bit to avoid inserting
1625 /// casts that are known to not do anything...
1626 ///
1627 Value *InstCombiner::InsertOperandCastBefore(Value *V, const Type *DestTy,
1628                                              Instruction *InsertBefore) {
1629   if (V->getType() == DestTy) return V;
1630   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1631     return ConstantExpr::getCast(C, DestTy);
1632
1633   CastInst *CI = new CastInst(V, DestTy, V->getName());
1634   InsertNewInstBefore(CI, *InsertBefore);
1635   return CI;
1636 }
1637
1638 // CastInst simplification
1639 //
1640 Instruction *InstCombiner::visitCastInst(CastInst &CI) {
1641   Value *Src = CI.getOperand(0);
1642
1643   // If the user is casting a value to the same type, eliminate this cast
1644   // instruction...
1645   if (CI.getType() == Src->getType())
1646     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1647
1648   // If casting the result of another cast instruction, try to eliminate this
1649   // one!
1650   //
1651   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {
1652     if (isEliminableCastOfCast(CSrc->getOperand(0)->getType(),
1653                                CSrc->getType(), CI.getType())) {
1654       // This instruction now refers directly to the cast's src operand.  This
1655       // has a good chance of making CSrc dead.
1656       CI.setOperand(0, CSrc->getOperand(0));
1657       return &CI;
1658     }
1659
1660     // If this is an A->B->A cast, and we are dealing with integral types, try
1661     // to convert this into a logical 'and' instruction.
1662     //
1663     if (CSrc->getOperand(0)->getType() == CI.getType() &&
1664         CI.getType()->isInteger() && CSrc->getType()->isInteger() &&
1665         CI.getType()->isUnsigned() && CSrc->getType()->isUnsigned() &&
1666         CSrc->getType()->getPrimitiveSize() < CI.getType()->getPrimitiveSize()){
1667       assert(CSrc->getType() != Type::ULongTy &&
1668              "Cannot have type bigger than ulong!");
1669       uint64_t AndValue = (1ULL << CSrc->getType()->getPrimitiveSize()*8)-1;
1670       Constant *AndOp = ConstantUInt::get(CI.getType(), AndValue);
1671       return BinaryOperator::create(Instruction::And, CSrc->getOperand(0),
1672                                     AndOp);
1673     }
1674   }
1675
1676   // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1677   // this into a cast of the original pointer!
1678   //
1679   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1680     bool AllZeroOperands = true;
1681     for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1682       if (!isa<Constant>(GEP->getOperand(i)) ||
1683           !cast<Constant>(GEP->getOperand(i))->isNullValue()) {
1684         AllZeroOperands = false;
1685         break;
1686       }
1687     if (AllZeroOperands) {
1688       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1689       return &CI;
1690     }
1691   }
1692
1693   // If we are casting a malloc or alloca to a pointer to a type of the same
1694   // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1695   //
1696   if (AllocationInst *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Src))
1697     if (AI->hasOneUse() && !AI->isArrayAllocation())
1698       if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(CI.getType())) {
1699         // Get the type really allocated and the type casted to...
1700         const Type *AllocElTy = AI->getAllocatedType();
1701         unsigned AllocElTySize = TD->getTypeSize(AllocElTy);
1702         const Type *CastElTy = PTy->getElementType();
1703         unsigned CastElTySize = TD->getTypeSize(CastElTy);
1704
1705         // If the allocation is for an even multiple of the cast type size
1706         if (CastElTySize && (AllocElTySize % CastElTySize == 0)) {
1707           Value *Amt = ConstantUInt::get(Type::UIntTy, 
1708                                          AllocElTySize/CastElTySize);
1709           std::string Name = AI->getName(); AI->setName("");
1710           AllocationInst *New;
1711           if (isa<MallocInst>(AI))
1712             New = new MallocInst(CastElTy, Amt, Name);
1713           else
1714             New = new AllocaInst(CastElTy, Amt, Name);
1715           InsertNewInstBefore(New, CI);
1716           return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
1717         }
1718       }
1719
1720   // If the source value is an instruction with only this use, we can attempt to
1721   // propagate the cast into the instruction.  Also, only handle integral types
1722   // for now.
1723   if (Instruction *SrcI = dyn_cast<Instruction>(Src))
1724     if (SrcI->hasOneUse() && Src->getType()->isIntegral() &&
1725         CI.getType()->isInteger()) {  // Don't mess with casts to bool here
1726       const Type *DestTy = CI.getType();
1727       unsigned SrcBitSize = getTypeSizeInBits(Src->getType());
1728       unsigned DestBitSize = getTypeSizeInBits(DestTy);
1729
1730       Value *Op0 = SrcI->getNumOperands() > 0 ? SrcI->getOperand(0) : 0;
1731       Value *Op1 = SrcI->getNumOperands() > 1 ? SrcI->getOperand(1) : 0;
1732
1733       switch (SrcI->getOpcode()) {
1734       case Instruction::Add:
1735       case Instruction::Mul:
1736       case Instruction::And:
1737       case Instruction::Or:
1738       case Instruction::Xor:
1739         // If we are discarding information, or just changing the sign, rewrite.
1740         if (DestBitSize <= SrcBitSize && DestBitSize != 1) {
1741           // Don't insert two casts if they cannot be eliminated.  We allow two
1742           // casts to be inserted if the sizes are the same.  This could only be
1743           // converting signedness, which is a noop.
1744           if (DestBitSize == SrcBitSize || !ValueRequiresCast(Op1, DestTy) ||
1745               !ValueRequiresCast(Op0, DestTy)) {
1746             Value *Op0c = InsertOperandCastBefore(Op0, DestTy, SrcI);
1747             Value *Op1c = InsertOperandCastBefore(Op1, DestTy, SrcI);
1748             return BinaryOperator::create(cast<BinaryOperator>(SrcI)
1749                              ->getOpcode(), Op0c, Op1c);
1750           }
1751         }
1752         break;
1753       case Instruction::Shl:
1754         // Allow changing the sign of the source operand.  Do not allow changing
1755         // the size of the shift, UNLESS the shift amount is a constant.  We
1756         // mush not change variable sized shifts to a smaller size, because it
1757         // is undefined to shift more bits out than exist in the value.
1758         if (DestBitSize == SrcBitSize ||
1759             (DestBitSize < SrcBitSize && isa<Constant>(Op1))) {
1760           Value *Op0c = InsertOperandCastBefore(Op0, DestTy, SrcI);
1761           return new ShiftInst(Instruction::Shl, Op0c, Op1);
1762         }
1763         break;
1764       }
1765     }
1766   
1767   return 0;
1768 }
1769
1770 // CallInst simplification
1771 //
1772 Instruction *InstCombiner::visitCallInst(CallInst &CI) {
1773   return visitCallSite(&CI);
1774 }
1775
1776 // InvokeInst simplification
1777 //
1778 Instruction *InstCombiner::visitInvokeInst(InvokeInst &II) {
1779   return visitCallSite(&II);
1780 }
1781
1782 // getPromotedType - Return the specified type promoted as it would be to pass
1783 // though a va_arg area...
1784 static const Type *getPromotedType(const Type *Ty) {
1785   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
1786   case Type::SByteTyID:
1787   case Type::ShortTyID:  return Type::IntTy;
1788   case Type::UByteTyID:
1789   case Type::UShortTyID: return Type::UIntTy;
1790   case Type::FloatTyID:  return Type::DoubleTy;
1791   default:               return Ty;
1792   }
1793 }
1794
1795 // visitCallSite - Improvements for call and invoke instructions.
1796 //
1797 Instruction *InstCombiner::visitCallSite(CallSite CS) {
1798   bool Changed = false;
1799
1800   // If the callee is a constexpr cast of a function, attempt to move the cast
1801   // to the arguments of the call/invoke.
1802   if (transformConstExprCastCall(CS)) return 0;
1803
1804   Value *Callee = CS.getCalledValue();
1805   const PointerType *PTy = cast<PointerType>(Callee->getType());
1806   const FunctionType *FTy = cast<FunctionType>(PTy->getElementType());
1807   if (FTy->isVarArg()) {
1808     // See if we can optimize any arguments passed through the varargs area of
1809     // the call.
1810     for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin()+FTy->getNumParams(),
1811            E = CS.arg_end(); I != E; ++I)
1812       if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(*I)) {
1813         // If this cast does not effect the value passed through the varargs
1814         // area, we can eliminate the use of the cast.
1815         Value *Op = CI->getOperand(0);
1816         if (CI->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(Op->getType())) {
1817           *I = Op;
1818           Changed = true;
1819         }
1820       }
1821   }
1822   
1823   return Changed ? CS.getInstruction() : 0;
1824 }
1825
1826 // transformConstExprCastCall - If the callee is a constexpr cast of a function,
1827 // attempt to move the cast to the arguments of the call/invoke.
1828 //
1829 bool InstCombiner::transformConstExprCastCall(CallSite CS) {
1830   if (!isa<ConstantExpr>(CS.getCalledValue())) return false;
1831   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(CS.getCalledValue());
1832   if (CE->getOpcode() != Instruction::Cast ||
1833       !isa<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
1834     return false;
1835   ConstantPointerRef *CPR = cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0));
1836   if (!isa<Function>(CPR->getValue())) return false;
1837   Function *Callee = cast<Function>(CPR->getValue());
1838   Instruction *Caller = CS.getInstruction();
1839
1840   // Okay, this is a cast from a function to a different type.  Unless doing so
1841   // would cause a type conversion of one of our arguments, change this call to
1842   // be a direct call with arguments casted to the appropriate types.
1843   //
1844   const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1845   const Type *OldRetTy = Caller->getType();
1846
1847   // Check to see if we are changing the return type...
1848   if (OldRetTy != FT->getReturnType()) {
1849     if (Callee->isExternal() &&
1850         !OldRetTy->isLosslesslyConvertibleTo(FT->getReturnType()) &&
1851         !Caller->use_empty())
1852       return false;   // Cannot transform this return value...
1853
1854     // If the callsite is an invoke instruction, and the return value is used by
1855     // a PHI node in a successor, we cannot change the return type of the call
1856     // because there is no place to put the cast instruction (without breaking
1857     // the critical edge).  Bail out in this case.
1858     if (!Caller->use_empty())
1859       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Caller))
1860         for (Value::use_iterator UI = II->use_begin(), E = II->use_end();
1861              UI != E; ++UI)
1862           if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*UI))
1863             if (PN->getParent() == II->getNormalDest() ||
1864                 PN->getParent() == II->getUnwindDest())
1865               return false;
1866   }
1867
1868   unsigned NumActualArgs = unsigned(CS.arg_end()-CS.arg_begin());
1869   unsigned NumCommonArgs = std::min(FT->getNumParams(), NumActualArgs);
1870                                     
1871   CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
1872   for (unsigned i = 0, e = NumCommonArgs; i != e; ++i, ++AI) {
1873     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1874     bool isConvertible = (*AI)->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(ParamTy);
1875     if (Callee->isExternal() && !isConvertible) return false;    
1876   }
1877
1878   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs && !FT->isVarArg() &&
1879       Callee->isExternal())
1880     return false;   // Do not delete arguments unless we have a function body...
1881
1882   // Okay, we decided that this is a safe thing to do: go ahead and start
1883   // inserting cast instructions as necessary...
1884   std::vector<Value*> Args;
1885   Args.reserve(NumActualArgs);
1886
1887   AI = CS.arg_begin();
1888   for (unsigned i = 0; i != NumCommonArgs; ++i, ++AI) {
1889     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1890     if ((*AI)->getType() == ParamTy) {
1891       Args.push_back(*AI);
1892     } else {
1893       Instruction *Cast = new CastInst(*AI, ParamTy, "tmp");
1894       InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1895       Args.push_back(Cast);
1896     }
1897   }
1898
1899   // If the function takes more arguments than the call was taking, add them
1900   // now...
1901   for (unsigned i = NumCommonArgs; i != FT->getNumParams(); ++i)
1902     Args.push_back(Constant::getNullValue(FT->getParamType(i)));
1903
1904   // If we are removing arguments to the function, emit an obnoxious warning...
1905   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs)
1906     if (!FT->isVarArg()) {
1907       std::cerr << "WARNING: While resolving call to function '"
1908                 << Callee->getName() << "' arguments were dropped!\n";
1909     } else {
1910       // Add all of the arguments in their promoted form to the arg list...
1911       for (unsigned i = FT->getNumParams(); i != NumActualArgs; ++i, ++AI) {
1912         const Type *PTy = getPromotedType((*AI)->getType());
1913         if (PTy != (*AI)->getType()) {
1914           // Must promote to pass through va_arg area!
1915           Instruction *Cast = new CastInst(*AI, PTy, "tmp");
1916           InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1917           Args.push_back(Cast);
1918         } else {
1919           Args.push_back(*AI);
1920         }
1921       }
1922     }
1923
1924   if (FT->getReturnType() == Type::VoidTy)
1925     Caller->setName("");   // Void type should not have a name...
1926
1927   Instruction *NC;
1928   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Caller)) {
1929     NC = new InvokeInst(Callee, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1930                         Args, Caller->getName(), Caller);
1931   } else {
1932     NC = new CallInst(Callee, Args, Caller->getName(), Caller);
1933   }
1934
1935   // Insert a cast of the return type as necessary...
1936   Value *NV = NC;
1937   if (Caller->getType() != NV->getType() && !Caller->use_empty()) {
1938     if (NV->getType() != Type::VoidTy) {
1939       NV = NC = new CastInst(NC, Caller->getType(), "tmp");
1940
1941       // If this is an invoke instruction, we should insert it after the first
1942       // non-phi, instruction in the normal successor block.
1943       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Caller)) {
1944         BasicBlock::iterator I = II->getNormalDest()->begin();
1945         while (isa<PHINode>(I)) ++I;
1946         InsertNewInstBefore(NC, *I);
1947       } else {
1948         // Otherwise, it's a call, just insert cast right after the call instr
1949         InsertNewInstBefore(NC, *Caller);
1950       }
1951       AddUsesToWorkList(*Caller);
1952     } else {
1953       NV = Constant::getNullValue(Caller->getType());
1954     }
1955   }
1956
1957   if (Caller->getType() != Type::VoidTy && !Caller->use_empty())
1958     Caller->replaceAllUsesWith(NV);
1959   Caller->getParent()->getInstList().erase(Caller);
1960   removeFromWorkList(Caller);
1961   return true;
1962 }
1963
1964
1965
1966 // PHINode simplification
1967 //
1968 Instruction *InstCombiner::visitPHINode(PHINode &PN) {
1969   if (Value *V = hasConstantValue(&PN))
1970     return ReplaceInstUsesWith(PN, V);
1971
1972   // If the only user of this instruction is a cast instruction, and all of the
1973   // incoming values are constants, change this PHI to merge together the casted
1974   // constants.
1975   if (PN.hasOneUse())
1976     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(PN.use_back()))
1977       if (CI->getType() != PN.getType()) {  // noop casts will be folded
1978         bool AllConstant = true;
1979         for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1980           if (!isa<Constant>(PN.getIncomingValue(i))) {
1981             AllConstant = false;
1982             break;
1983           }
1984         if (AllConstant) {
1985           // Make a new PHI with all casted values.
1986           PHINode *New = new PHINode(CI->getType(), PN.getName(), &PN);
1987           for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1988             Constant *OldArg = cast<Constant>(PN.getIncomingValue(i));
1989             New->addIncoming(ConstantExpr::getCast(OldArg, New->getType()),
1990                              PN.getIncomingBlock(i));
1991           }
1992
1993           // Update the cast instruction.
1994           CI->setOperand(0, New);
1995           WorkList.push_back(CI);    // revisit the cast instruction to fold.
1996           WorkList.push_back(New);   // Make sure to revisit the new Phi
1997           return &PN;                // PN is now dead!
1998         }
1999       }
2000   return 0;
2001 }
2002
2003
2004 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
2005   // Is it 'getelementptr %P, long 0'  or 'getelementptr %P'
2006   // If so, eliminate the noop.
2007   if ((GEP.getNumOperands() == 2 &&
2008        GEP.getOperand(1) == Constant::getNullValue(Type::LongTy)) ||
2009       GEP.getNumOperands() == 1)
2010     return ReplaceInstUsesWith(GEP, GEP.getOperand(0));
2011
2012   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
2013   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
2014   // getelementptr instructions into a single instruction.
2015   //
2016   if (GetElementPtrInst *Src = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP.getOperand(0))) {
2017     std::vector<Value *> Indices;
2018   
2019     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
2020     if (Src->getNumOperands() == 2 && isa<Constant>(Src->getOperand(1)) &&
2021         isa<Constant>(GEP.getOperand(1))) {
2022       // Replace: gep (gep %P, long C1), long C2, ...
2023       // With:    gep %P, long (C1+C2), ...
2024       Value *Sum = ConstantExpr::get(Instruction::Add,
2025                                      cast<Constant>(Src->getOperand(1)),
2026                                      cast<Constant>(GEP.getOperand(1)));
2027       assert(Sum && "Constant folding of longs failed!?");
2028       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
2029       GEP.setOperand(1, Sum);
2030       AddUsesToWorkList(*Src);   // Reduce use count of Src
2031       return &GEP;
2032     } else if (Src->getNumOperands() == 2) {
2033       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
2034       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
2035       //
2036       Value *Sum = BinaryOperator::create(Instruction::Add, Src->getOperand(1),
2037                                           GEP.getOperand(1),
2038                                           Src->getName()+".sum", &GEP);
2039       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
2040       GEP.setOperand(1, Sum);
2041       WorkList.push_back(cast<Instruction>(Sum));
2042       return &GEP;
2043     } else if (*GEP.idx_begin() == Constant::getNullValue(Type::LongTy) &&
2044                Src->getNumOperands() != 1) { 
2045       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
2046       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end());
2047       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
2048     } else if (Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1) == 
2049                Constant::getNullValue(Type::LongTy)) {
2050       // If the src gep ends with a constant array index, merge this get into
2051       // it, even if we have a non-zero array index.
2052       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end()-1);
2053       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
2054     }
2055
2056     if (!Indices.empty())
2057       return new GetElementPtrInst(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
2058
2059   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(GEP.getOperand(0))) {
2060     // GEP of global variable.  If all of the indices for this GEP are
2061     // constants, we can promote this to a constexpr instead of an instruction.
2062
2063     // Scan for nonconstants...
2064     std::vector<Constant*> Indices;
2065     User::op_iterator I = GEP.idx_begin(), E = GEP.idx_end();
2066     for (; I != E && isa<Constant>(*I); ++I)
2067       Indices.push_back(cast<Constant>(*I));
2068
2069     if (I == E) {  // If they are all constants...
2070       Constant *CE =
2071         ConstantExpr::getGetElementPtr(ConstantPointerRef::get(GV), Indices);
2072
2073       // Replace all uses of the GEP with the new constexpr...
2074       return ReplaceInstUsesWith(GEP, CE);
2075     }
2076   }
2077
2078   return 0;
2079 }
2080
2081 Instruction *InstCombiner::visitAllocationInst(AllocationInst &AI) {
2082   // Convert: malloc Ty, C - where C is a constant != 1 into: malloc [C x Ty], 1
2083   if (AI.isArrayAllocation())    // Check C != 1
2084     if (const ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(AI.getArraySize())) {
2085       const Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getValue());
2086       AllocationInst *New = 0;
2087
2088       // Create and insert the replacement instruction...
2089       if (isa<MallocInst>(AI))
2090         New = new MallocInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
2091       else {
2092         assert(isa<AllocaInst>(AI) && "Unknown type of allocation inst!");
2093         New = new AllocaInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
2094       }
2095       
2096       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
2097       // allocas if possible...
2098       //
2099       BasicBlock::iterator It = New;
2100       while (isa<AllocationInst>(*It)) ++It;
2101
2102       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
2103       // insert our getelementptr instruction...
2104       //
2105       std::vector<Value*> Idx(2, Constant::getNullValue(Type::LongTy));
2106       Value *V = new GetElementPtrInst(New, Idx, New->getName()+".sub", It);
2107
2108       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
2109       // allocation.
2110       ReplaceInstUsesWith(AI, V);
2111       return &AI;
2112     }
2113   return 0;
2114 }
2115
2116 Instruction *InstCombiner::visitFreeInst(FreeInst &FI) {
2117   Value *Op = FI.getOperand(0);
2118
2119   // Change free <ty>* (cast <ty2>* X to <ty>*) into free <ty2>* X
2120   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Op))
2121     if (isa<PointerType>(CI->getOperand(0)->getType())) {
2122       FI.setOperand(0, CI->getOperand(0));
2123       return &FI;
2124     }
2125
2126   return 0;
2127 }
2128
2129
2130 /// GetGEPGlobalInitializer - Given a constant, and a getelementptr
2131 /// constantexpr, return the constant value being addressed by the constant
2132 /// expression, or null if something is funny.
2133 ///
2134 static Constant *GetGEPGlobalInitializer(Constant *C, ConstantExpr *CE) {
2135   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(Type::LongTy))
2136     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
2137
2138   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
2139   // addressing...
2140   for (unsigned i = 2, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2141     if (ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(CE->getOperand(i))) {
2142       ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C);
2143       if (CS == 0) return 0;
2144       if (CU->getValue() >= CS->getValues().size()) return 0;
2145       C = cast<Constant>(CS->getValues()[CU->getValue()]);
2146     } else if (ConstantSInt *CS = dyn_cast<ConstantSInt>(CE->getOperand(i))) {
2147       ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C);
2148       if (CA == 0) return 0;
2149       if ((uint64_t)CS->getValue() >= CA->getValues().size()) return 0;
2150       C = cast<Constant>(CA->getValues()[CS->getValue()]);
2151     } else 
2152       return 0;
2153   return C;
2154 }
2155
2156 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2157   Value *Op = LI.getOperand(0);
2158   if (LI.isVolatile()) return 0;
2159
2160   if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(Op))
2161     Op = CPR->getValue();
2162
2163   // Instcombine load (constant global) into the value loaded...
2164   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Op))
2165     if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
2166       return ReplaceInstUsesWith(LI, GV->getInitializer());
2167
2168   // Instcombine load (constantexpr_GEP global, 0, ...) into the value loaded...
2169   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Op))
2170     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
2171       if (ConstantPointerRef *G=dyn_cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
2172         if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(G->getValue()))
2173           if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
2174             if (Constant *V = GetGEPGlobalInitializer(GV->getInitializer(), CE))
2175               return ReplaceInstUsesWith(LI, V);
2176   return 0;
2177 }
2178
2179
2180 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2181   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2182   if (BI.isConditional() && !isa<Constant>(BI.getCondition()))
2183     if (Value *V = dyn_castNotVal(BI.getCondition())) {
2184       BasicBlock *TrueDest = BI.getSuccessor(0);
2185       BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
2186       // Swap Destinations and condition...
2187       BI.setCondition(V);
2188       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
2189       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
2190       return &BI;
2191     }
2192   return 0;
2193 }
2194
2195
2196 void InstCombiner::removeFromWorkList(Instruction *I) {
2197   WorkList.erase(std::remove(WorkList.begin(), WorkList.end(), I),
2198                  WorkList.end());
2199 }
2200
2201 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2202   bool Changed = false;
2203   TD = &getAnalysis<TargetData>();
2204
2205   WorkList.insert(WorkList.end(), inst_begin(F), inst_end(F));
2206
2207   while (!WorkList.empty()) {
2208     Instruction *I = WorkList.back();  // Get an instruction from the worklist
2209     WorkList.pop_back();
2210
2211     // Check to see if we can DCE or ConstantPropagate the instruction...
2212     // Check to see if we can DIE the instruction...
2213     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2214       // Add operands to the worklist...
2215       if (I->getNumOperands() < 4)
2216         for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
2217           if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
2218             WorkList.push_back(Op);
2219       ++NumDeadInst;
2220
2221       I->getParent()->getInstList().erase(I);
2222       removeFromWorkList(I);
2223       continue;
2224     }
2225
2226     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it...
2227     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I)) {
2228       // Add operands to the worklist...
2229       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
2230         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
2231           WorkList.push_back(Op);
2232       ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2233
2234       ++NumConstProp;
2235       I->getParent()->getInstList().erase(I);
2236       removeFromWorkList(I);
2237       continue;
2238     }
2239
2240     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it...
2241     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2242       ++NumCombined;
2243       // Should we replace the old instruction with a new one?
2244       if (Result != I) {
2245         // Instructions can end up on the worklist more than once.  Make sure
2246         // we do not process an instruction that has been deleted.
2247         removeFromWorkList(I);
2248
2249         // Move the name to the new instruction first...
2250         std::string OldName = I->getName(); I->setName("");
2251         Result->setName(OldName);
2252
2253         // Insert the new instruction into the basic block...
2254         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2255         InstParent->getInstList().insert(I, Result);
2256
2257         // Everything uses the new instruction now...
2258         I->replaceAllUsesWith(Result);
2259
2260         // Erase the old instruction.
2261         InstParent->getInstList().erase(I);
2262       } else {
2263         BasicBlock::iterator II = I;
2264
2265         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2266         // if so, remove it.
2267         if (dceInstruction(II)) {
2268           // Instructions may end up in the worklist more than once.  Erase them
2269           // all.
2270           removeFromWorkList(I);
2271           Result = 0;
2272         }
2273       }
2274
2275       if (Result) {
2276         WorkList.push_back(Result);
2277         AddUsesToWorkList(*Result);
2278       }
2279       Changed = true;
2280     }
2281   }
2282
2283   return Changed;
2284 }
2285
2286 Pass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2287   return new InstCombiner();
2288 }
2289