lib/Analysis/ConstantFolding.cpp

   1 //===-- ConstantFolding.cpp - Fold instructions into constants ------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines routines for folding instructions into constants.
  11 //
  12 // Also, to supplement the basic VMCore ConstantExpr simplifications,
  13 // this file defines some additional folding routines that can make use of
  14 // TargetData information. These functions cannot go in VMCore due to library
  15 // dependency issues.
  16 //
  17 //===----------------------------------------------------------------------===//
  18
  19 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  20 #include "llvm/Constants.h"
  21 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  22 #include "llvm/Function.h"
  23 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  24 #include "llvm/Instructions.h"
  25 #include "llvm/Intrinsics.h"
  26 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  28 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  29 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  30 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  31 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  32 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  33 #include "llvm/System/FEnv.h"
  34 #include <cerrno>
  35 #include <cmath>
  36 using namespace llvm;
  37
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39 // Constant Folding internal helper functions
  40 //===----------------------------------------------------------------------===//
  41
  42 /// FoldBitCast - Constant fold bitcast, symbolically evaluating it with
  43 /// TargetData.  This always returns a non-null constant, but it may be a
  44 /// ConstantExpr if unfoldable.
  45 static Constant *FoldBitCast(Constant *C, const Type *DestTy,
  46                              const TargetData &TD) {
  47
  48   // This only handles casts to vectors currently.
  49   const VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy);
  50   if (DestVTy == 0)
  51     return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
  52
  53   // If this is a scalar -> vector cast, convert the input into a <1 x scalar>
  54   // vector so the code below can handle it uniformly.
  55   if (isa<ConstantFP>(C) || isa<ConstantInt>(C)) {
  56     Constant *Ops = C; // don't take the address of C!
  57     return FoldBitCast(ConstantVector::get(&Ops, 1), DestTy, TD);
  58   }
  59
  60   // If this is a bitcast from constant vector -> vector, fold it.
  61   ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(C);
  62   if (CV == 0)
  63     return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
  64
  65   // If the element types match, VMCore can fold it.
  66   unsigned NumDstElt = DestVTy->getNumElements();
  67   unsigned NumSrcElt = CV->getNumOperands();
  68   if (NumDstElt == NumSrcElt)
  69     return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
  70
  71   const Type *SrcEltTy = CV->getType()->getElementType();
  72   const Type *DstEltTy = DestVTy->getElementType();
  73
  74   // Otherwise, we're changing the number of elements in a vector, which
  75   // requires endianness information to do the right thing.  For example,
  76   //    bitcast (<2 x i64> <i64 0, i64 1> to <4 x i32>)
  77   // folds to (little endian):
  78   //    <4 x i32> <i32 0, i32 0, i32 1, i32 0>
  79   // and to (big endian):
  80   //    <4 x i32> <i32 0, i32 0, i32 0, i32 1>
  81
  82   // First thing is first.  We only want to think about integer here, so if
  83   // we have something in FP form, recast it as integer.
  84   if (DstEltTy->isFloatingPointTy()) {
  85     // Fold to an vector of integers with same size as our FP type.
  86     unsigned FPWidth = DstEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
  87     const Type *DestIVTy =
  88       VectorType::get(IntegerType::get(C->getContext(), FPWidth), NumDstElt);
  89     // Recursively handle this integer conversion, if possible.
  90     C = FoldBitCast(C, DestIVTy, TD);
  91     if (!C) return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
  92
  93     // Finally, VMCore can handle this now that #elts line up.
  94     return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
  95   }
  96
  97   // Okay, we know the destination is integer, if the input is FP, convert
  98   // it to integer first.
  99   if (SrcEltTy->isFloatingPointTy()) {
 100     unsigned FPWidth = SrcEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
 101     const Type *SrcIVTy =
 102       VectorType::get(IntegerType::get(C->getContext(), FPWidth), NumSrcElt);
 103     // Ask VMCore to do the conversion now that #elts line up.
 104     C = ConstantExpr::getBitCast(C, SrcIVTy);
 105     CV = dyn_cast<ConstantVector>(C);
 106     if (!CV)  // If VMCore wasn't able to fold it, bail out.
 107       return C;
 108   }
 109
 110   // Now we know that the input and output vectors are both integer vectors
 111   // of the same size, and that their #elements is not the same.  Do the
 112   // conversion here, which depends on whether the input or output has
 113   // more elements.
 114   bool isLittleEndian = TD.isLittleEndian();
 115
 116   SmallVector<Constant*, 32> Result;
 117   if (NumDstElt < NumSrcElt) {
 118     // Handle: bitcast (<4 x i32> <i32 0, i32 1, i32 2, i32 3> to <2 x i64>)
 119     Constant *Zero = Constant::getNullValue(DstEltTy);
 120     unsigned Ratio = NumSrcElt/NumDstElt;
 121     unsigned SrcBitSize = SrcEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
 122     unsigned SrcElt = 0;
 123     for (unsigned i = 0; i != NumDstElt; ++i) {
 124       // Build each element of the result.
 125       Constant *Elt = Zero;
 126       unsigned ShiftAmt = isLittleEndian ? 0 : SrcBitSize*(Ratio-1);
 127       for (unsigned j = 0; j != Ratio; ++j) {
 128         Constant *Src = dyn_cast<ConstantInt>(CV->getOperand(SrcElt++));
 129         if (!Src)  // Reject constantexpr elements.
 130           return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
 131
 132         // Zero extend the element to the right size.
 133         Src = ConstantExpr::getZExt(Src, Elt->getType());
 134
 135         // Shift it to the right place, depending on endianness.
 136         Src = ConstantExpr::getShl(Src,
 137                                    ConstantInt::get(Src->getType(), ShiftAmt));
 138         ShiftAmt += isLittleEndian ? SrcBitSize : -SrcBitSize;
 139
 140         // Mix it in.
 141         Elt = ConstantExpr::getOr(Elt, Src);
 142       }
 143       Result.push_back(Elt);
 144     }
 145   } else {
 146     // Handle: bitcast (<2 x i64> <i64 0, i64 1> to <4 x i32>)
 147     unsigned Ratio = NumDstElt/NumSrcElt;
 148     unsigned DstBitSize = DstEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
 149
 150     // Loop over each source value, expanding into multiple results.
 151     for (unsigned i = 0; i != NumSrcElt; ++i) {
 152       Constant *Src = dyn_cast<ConstantInt>(CV->getOperand(i));
 153       if (!Src)  // Reject constantexpr elements.
 154         return ConstantExpr::getBitCast(C, DestTy);
 155
 156       unsigned ShiftAmt = isLittleEndian ? 0 : DstBitSize*(Ratio-1);
 157       for (unsigned j = 0; j != Ratio; ++j) {
 158         // Shift the piece of the value into the right place, depending on
 159         // endianness.
 160         Constant *Elt = ConstantExpr::getLShr(Src,
 161                                     ConstantInt::get(Src->getType(), ShiftAmt));
 162         ShiftAmt += isLittleEndian ? DstBitSize : -DstBitSize;
 163
 164         // Truncate and remember this piece.
 165         Result.push_back(ConstantExpr::getTrunc(Elt, DstEltTy));
 166       }
 167     }
 168   }
 169
 170   return ConstantVector::get(Result.data(), Result.size());
 171 }
 172
 173
 174 /// IsConstantOffsetFromGlobal - If this constant is actually a constant offset
 175 /// from a global, return the global and the constant.  Because of
 176 /// constantexprs, this function is recursive.
 177 static bool IsConstantOffsetFromGlobal(Constant *C, GlobalValue *&GV,
 178                                        int64_t &Offset, const TargetData &TD) {
 179   // Trivial case, constant is the global.
 180   if ((GV = dyn_cast<GlobalValue>(C))) {
 181     Offset = 0;
 182     return true;
 183   }
 184
 185   // Otherwise, if this isn't a constant expr, bail out.
 186   ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C);
 187   if (!CE) return false;
 188
 189   // Look through ptr->int and ptr->ptr casts.
 190   if (CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt ||
 191       CE->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 192     return IsConstantOffsetFromGlobal(CE->getOperand(0), GV, Offset, TD);
 193
 194   // i32* getelementptr ([5 x i32]* @a, i32 0, i32 5)
 195   if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
 196     // Cannot compute this if the element type of the pointer is missing size
 197     // info.
 198     if (!cast<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType())
 199                  ->getElementType()->isSized())
 200       return false;
 201
 202     // If the base isn't a global+constant, we aren't either.
 203     if (!IsConstantOffsetFromGlobal(CE->getOperand(0), GV, Offset, TD))
 204       return false;
 205
 206     // Otherwise, add any offset that our operands provide.
 207     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(CE);
 208     for (User::const_op_iterator i = CE->op_begin() + 1, e = CE->op_end();
 209          i != e; ++i, ++GTI) {
 210       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*i);
 211       if (!CI) return false;  // Index isn't a simple constant?
 212       if (CI->isZero()) continue;  // Not adding anything.
 213
 214       if (const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 215         // N = N + Offset
 216         Offset += TD.getStructLayout(ST)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
 217       } else {
 218         const SequentialType *SQT = cast<SequentialType>(*GTI);
 219         Offset += TD.getTypeAllocSize(SQT->getElementType())*CI->getSExtValue();
 220       }
 221     }
 222     return true;
 223   }
 224
 225   return false;
 226 }
 227
 228 /// ReadDataFromGlobal - Recursive helper to read bits out of global.  C is the
 229 /// constant being copied out of. ByteOffset is an offset into C.  CurPtr is the
 230 /// pointer to copy results into and BytesLeft is the number of bytes left in
 231 /// the CurPtr buffer.  TD is the target data.
 232 static bool ReadDataFromGlobal(Constant *C, uint64_t ByteOffset,
 233                                unsigned char *CurPtr, unsigned BytesLeft,
 234                                const TargetData &TD) {
 235   assert(ByteOffset <= TD.getTypeAllocSize(C->getType()) &&
 236          "Out of range access");
 237
 238   // If this element is zero or undefined, we can just return since *CurPtr is
 239   // zero initialized.
 240   if (isa<ConstantAggregateZero>(C) || isa<UndefValue>(C))
 241     return true;
 242
 243   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C)) {
 244     if (CI->getBitWidth() > 64 ||
 245         (CI->getBitWidth() & 7) != 0)
 246       return false;
 247
 248     uint64_t Val = CI->getZExtValue();
 249     unsigned IntBytes = unsigned(CI->getBitWidth()/8);
 250
 251     for (unsigned i = 0; i != BytesLeft && ByteOffset != IntBytes; ++i) {
 252       CurPtr[i] = (unsigned char)(Val >> (ByteOffset * 8));
 253       ++ByteOffset;
 254     }
 255     return true;
 256   }
 257
 258   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(C)) {
 259     if (CFP->getType()->isDoubleTy()) {
 260       C = FoldBitCast(C, Type::getInt64Ty(C->getContext()), TD);
 261       return ReadDataFromGlobal(C, ByteOffset, CurPtr, BytesLeft, TD);
 262     }
 263     if (CFP->getType()->isFloatTy()){
 264       C = FoldBitCast(C, Type::getInt32Ty(C->getContext()), TD);
 265       return ReadDataFromGlobal(C, ByteOffset, CurPtr, BytesLeft, TD);
 266     }
 267     return false;
 268   }
 269
 270   if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C)) {
 271     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(CS->getType());
 272     unsigned Index = SL->getElementContainingOffset(ByteOffset);
 273     uint64_t CurEltOffset = SL->getElementOffset(Index);
 274     ByteOffset -= CurEltOffset;
 275
 276     while (1) {
 277       // If the element access is to the element itself and not to tail padding,
 278       // read the bytes from the element.
 279       uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(CS->getOperand(Index)->getType());
 280
 281       if (ByteOffset < EltSize &&
 282           !ReadDataFromGlobal(CS->getOperand(Index), ByteOffset, CurPtr,
 283                               BytesLeft, TD))
 284         return false;
 285
 286       ++Index;
 287
 288       // Check to see if we read from the last struct element, if so we're done.
 289       if (Index == CS->getType()->getNumElements())
 290         return true;
 291
 292       // If we read all of the bytes we needed from this element we're done.
 293       uint64_t NextEltOffset = SL->getElementOffset(Index);
 294
 295       if (BytesLeft <= NextEltOffset-CurEltOffset-ByteOffset)
 296         return true;
 297
 298       // Move to the next element of the struct.
 299       CurPtr += NextEltOffset-CurEltOffset-ByteOffset;
 300       BytesLeft -= NextEltOffset-CurEltOffset-ByteOffset;
 301       ByteOffset = 0;
 302       CurEltOffset = NextEltOffset;
 303     }
 304     // not reached.
 305   }
 306
 307   if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C)) {
 308     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(CA->getType()->getElementType());
 309     uint64_t Index = ByteOffset / EltSize;
 310     uint64_t Offset = ByteOffset - Index * EltSize;
 311     for (; Index != CA->getType()->getNumElements(); ++Index) {
 312       if (!ReadDataFromGlobal(CA->getOperand(Index), Offset, CurPtr,
 313                               BytesLeft, TD))
 314         return false;
 315       if (EltSize >= BytesLeft)
 316         return true;
 317
 318       Offset = 0;
 319       BytesLeft -= EltSize;
 320       CurPtr += EltSize;
 321     }
 322     return true;
 323   }
 324
 325   if (ConstantVector *CV = dyn_cast<ConstantVector>(C)) {
 326     uint64_t EltSize = TD.getTypeAllocSize(CV->getType()->getElementType());
 327     uint64_t Index = ByteOffset / EltSize;
 328     uint64_t Offset = ByteOffset - Index * EltSize;
 329     for (; Index != CV->getType()->getNumElements(); ++Index) {
 330       if (!ReadDataFromGlobal(CV->getOperand(Index), Offset, CurPtr,
 331                               BytesLeft, TD))
 332         return false;
 333       if (EltSize >= BytesLeft)
 334         return true;
 335
 336       Offset = 0;
 337       BytesLeft -= EltSize;
 338       CurPtr += EltSize;
 339     }
 340     return true;
 341   }
 342
 343   // Otherwise, unknown initializer type.
 344   return false;
 345 }
 346
 347 static Constant *FoldReinterpretLoadFromConstPtr(Constant *C,
 348                                                  const TargetData &TD) {
 349   const Type *LoadTy = cast<PointerType>(C->getType())->getElementType();
 350   const IntegerType *IntType = dyn_cast<IntegerType>(LoadTy);
 351
 352   // If this isn't an integer load we can't fold it directly.
 353   if (!IntType) {
 354     // If this is a float/double load, we can try folding it as an int32/64 load
 355     // and then bitcast the result.  This can be useful for union cases.  Note
 356     // that address spaces don't matter here since we're not going to result in
 357     // an actual new load.
 358     const Type *MapTy;
 359     if (LoadTy->isFloatTy())
 360       MapTy = Type::getInt32PtrTy(C->getContext());
 361     else if (LoadTy->isDoubleTy())
 362       MapTy = Type::getInt64PtrTy(C->getContext());
 363     else if (LoadTy->isVectorTy()) {
 364       MapTy = IntegerType::get(C->getContext(),
 365                                TD.getTypeAllocSizeInBits(LoadTy));
 366       MapTy = PointerType::getUnqual(MapTy);
 367     } else
 368       return 0;
 369
 370     C = FoldBitCast(C, MapTy, TD);
 371     if (Constant *Res = FoldReinterpretLoadFromConstPtr(C, TD))
 372       return FoldBitCast(Res, LoadTy, TD);
 373     return 0;
 374   }
 375
 376   unsigned BytesLoaded = (IntType->getBitWidth() + 7) / 8;
 377   if (BytesLoaded > 32 || BytesLoaded == 0) return 0;
 378
 379   GlobalValue *GVal;
 380   int64_t Offset;
 381   if (!IsConstantOffsetFromGlobal(C, GVal, Offset, TD))
 382     return 0;
 383
 384   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GVal);
 385   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer() ||
 386       !GV->getInitializer()->getType()->isSized())
 387     return 0;
 388
 389   // If we're loading off the beginning of the global, some bytes may be valid,
 390   // but we don't try to handle this.
 391   if (Offset < 0) return 0;
 392
 393   // If we're not accessing anything in this constant, the result is undefined.
 394   if (uint64_t(Offset) >= TD.getTypeAllocSize(GV->getInitializer()->getType()))
 395     return UndefValue::get(IntType);
 396
 397   unsigned char RawBytes[32] = {0};
 398   if (!ReadDataFromGlobal(GV->getInitializer(), Offset, RawBytes,
 399                           BytesLoaded, TD))
 400     return 0;
 401
 402   APInt ResultVal = APInt(IntType->getBitWidth(), RawBytes[BytesLoaded-1]);
 403   for (unsigned i = 1; i != BytesLoaded; ++i) {
 404     ResultVal <<= 8;
 405     ResultVal |= RawBytes[BytesLoaded-1-i];
 406   }
 407
 408   return ConstantInt::get(IntType->getContext(), ResultVal);
 409 }
 410
 411 /// ConstantFoldLoadFromConstPtr - Return the value that a load from C would
 412 /// produce if it is constant and determinable.  If this is not determinable,
 413 /// return null.
 414 Constant *llvm::ConstantFoldLoadFromConstPtr(Constant *C,
 415                                              const TargetData *TD) {
 416   // First, try the easy cases:
 417   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
 418     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
 419       return GV->getInitializer();
 420
 421   // If the loaded value isn't a constant expr, we can't handle it.
 422   ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C);
 423   if (!CE) return 0;
 424
 425   if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
 426     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)))
 427       if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
 428         if (Constant *V =
 429              ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE))
 430           return V;
 431   }
 432
 433   // Instead of loading constant c string, use corresponding integer value
 434   // directly if string length is small enough.
 435   std::string Str;
 436   if (TD && GetConstantStringInfo(CE, Str) && !Str.empty()) {
 437     unsigned StrLen = Str.length();
 438     const Type *Ty = cast<PointerType>(CE->getType())->getElementType();
 439     unsigned NumBits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
 440     // Replace load with immediate integer if the result is an integer or fp
 441     // value.
 442     if ((NumBits >> 3) == StrLen + 1 && (NumBits & 7) == 0 &&
 443         (isa<IntegerType>(Ty) || Ty->isFloatingPointTy())) {
 444       APInt StrVal(NumBits, 0);
 445       APInt SingleChar(NumBits, 0);
 446       if (TD->isLittleEndian()) {
 447         for (signed i = StrLen-1; i >= 0; i--) {
 448           SingleChar = (uint64_t) Str[i] & UCHAR_MAX;
 449           StrVal = (StrVal << 8) | SingleChar;
 450         }
 451       } else {
 452         for (unsigned i = 0; i < StrLen; i++) {
 453           SingleChar = (uint64_t) Str[i] & UCHAR_MAX;
 454           StrVal = (StrVal << 8) | SingleChar;
 455         }
 456         // Append NULL at the end.
 457         SingleChar = 0;
 458         StrVal = (StrVal << 8) | SingleChar;
 459       }
 460
 461       Constant *Res = ConstantInt::get(CE->getContext(), StrVal);
 462       if (Ty->isFloatingPointTy())
 463         Res = ConstantExpr::getBitCast(Res, Ty);
 464       return Res;
 465     }
 466   }
 467
 468   // If this load comes from anywhere in a constant global, and if the global
 469   // is all undef or zero, we know what it loads.
 470   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(CE->getUnderlyingObject())){
 471     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer()) {
 472       const Type *ResTy = cast<PointerType>(C->getType())->getElementType();
 473       if (GV->getInitializer()->isNullValue())
 474         return Constant::getNullValue(ResTy);
 475       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
 476         return UndefValue::get(ResTy);
 477     }
 478   }
 479
 480   // Try hard to fold loads from bitcasted strange and non-type-safe things.  We
 481   // currently don't do any of this for big endian systems.  It can be
 482   // generalized in the future if someone is interested.
 483   if (TD && TD->isLittleEndian())
 484     return FoldReinterpretLoadFromConstPtr(CE, *TD);
 485   return 0;
 486 }
 487
 488 static Constant *ConstantFoldLoadInst(const LoadInst *LI, const TargetData *TD){
 489   if (LI->isVolatile()) return 0;
 490
 491   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LI->getOperand(0)))
 492     return ConstantFoldLoadFromConstPtr(C, TD);
 493
 494   return 0;
 495 }
 496
 497 /// SymbolicallyEvaluateBinop - One of Op0/Op1 is a constant expression.
 498 /// Attempt to symbolically evaluate the result of a binary operator merging
 499 /// these together.  If target data info is available, it is provided as TD,
 500 /// otherwise TD is null.
 501 static Constant *SymbolicallyEvaluateBinop(unsigned Opc, Constant *Op0,
 502                                            Constant *Op1, const TargetData *TD){
 503   // SROA
 504
 505   // Fold (and 0xffffffff00000000, (shl x, 32)) -> shl.
 506   // Fold (lshr (or X, Y), 32) -> (lshr [X/Y], 32) if one doesn't contribute
 507   // bits.
 508
 509
 510   // If the constant expr is something like &A[123] - &A[4].f, fold this into a
 511   // constant.  This happens frequently when iterating over a global array.
 512   if (Opc == Instruction::Sub && TD) {
 513     GlobalValue *GV1, *GV2;
 514     int64_t Offs1, Offs2;
 515
 516     if (IsConstantOffsetFromGlobal(Op0, GV1, Offs1, *TD))
 517       if (IsConstantOffsetFromGlobal(Op1, GV2, Offs2, *TD) &&
 518           GV1 == GV2) {
 519         // (&GV+C1) - (&GV+C2) -> C1-C2, pointer arithmetic cannot overflow.
 520         return ConstantInt::get(Op0->getType(), Offs1-Offs2);
 521       }
 522   }
 523
 524   return 0;
 525 }
 526
 527 /// CastGEPIndices - If array indices are not pointer-sized integers,
 528 /// explicitly cast them so that they aren't implicitly casted by the
 529 /// getelementptr.
 530 static Constant *CastGEPIndices(Constant *const *Ops, unsigned NumOps,
 531                                 const Type *ResultTy,
 532                                 const TargetData *TD) {
 533   if (!TD) return 0;
 534   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(ResultTy->getContext());
 535
 536   bool Any = false;
 537   SmallVector<Constant*, 32> NewIdxs;
 538   for (unsigned i = 1; i != NumOps; ++i) {
 539     if ((i == 1 ||
 540          !isa<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(Ops[0]->getType(),
 541                                         reinterpret_cast<Value *const *>(Ops+1),
 542                                                             i-1))) &&
 543         Ops[i]->getType() != IntPtrTy) {
 544       Any = true;
 545       NewIdxs.push_back(ConstantExpr::getCast(CastInst::getCastOpcode(Ops[i],
 546                                                                       true,
 547                                                                       IntPtrTy,
 548                                                                       true),
 549                                               Ops[i], IntPtrTy));
 550     } else
 551       NewIdxs.push_back(Ops[i]);
 552   }
 553   if (!Any) return 0;
 554
 555   Constant *C =
 556     ConstantExpr::getGetElementPtr(Ops[0], &NewIdxs[0], NewIdxs.size());
 557   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 558     if (Constant *Folded = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD))
 559       C = Folded;
 560   return C;
 561 }
 562
 563 /// SymbolicallyEvaluateGEP - If we can symbolically evaluate the specified GEP
 564 /// constant expression, do so.
 565 static Constant *SymbolicallyEvaluateGEP(Constant *const *Ops, unsigned NumOps,
 566                                          const Type *ResultTy,
 567                                          const TargetData *TD) {
 568   Constant *Ptr = Ops[0];
 569   if (!TD || !cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType()->isSized())
 570     return 0;
 571
 572   unsigned BitWidth =
 573     TD->getTypeSizeInBits(TD->getIntPtrType(Ptr->getContext()));
 574
 575   // If this is a constant expr gep that is effectively computing an
 576   // "offsetof", fold it into 'cast int Size to T*' instead of 'gep 0, 0, 12'
 577   for (unsigned i = 1; i != NumOps; ++i)
 578     if (!isa<ConstantInt>(Ops[i]))
 579       return 0;
 580
 581   APInt Offset = APInt(BitWidth,
 582                        TD->getIndexedOffset(Ptr->getType(),
 583                                             (Value**)Ops+1, NumOps-1));
 584   Ptr = cast<Constant>(Ptr->stripPointerCasts());
 585
 586   // If this is a GEP of a GEP, fold it all into a single GEP.
 587   while (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
 588     SmallVector<Value *, 4> NestedOps(GEP->op_begin()+1, GEP->op_end());
 589
 590     // Do not try the incorporate the sub-GEP if some index is not a number.
 591     bool AllConstantInt = true;
 592     for (unsigned i = 0, e = NestedOps.size(); i != e; ++i)
 593       if (!isa<ConstantInt>(NestedOps[i])) {
 594         AllConstantInt = false;
 595         break;
 596       }
 597     if (!AllConstantInt)
 598       break;
 599
 600     Ptr = cast<Constant>(GEP->getOperand(0));
 601     Offset += APInt(BitWidth,
 602                     TD->getIndexedOffset(Ptr->getType(),
 603                                          (Value**)NestedOps.data(),
 604                                          NestedOps.size()));
 605     Ptr = cast<Constant>(Ptr->stripPointerCasts());
 606   }
 607
 608   // If the base value for this address is a literal integer value, fold the
 609   // getelementptr to the resulting integer value casted to the pointer type.
 610   APInt BasePtr(BitWidth, 0);
 611   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
 612     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
 613       if (ConstantInt *Base = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
 614         BasePtr = Base->getValue();
 615         BasePtr.zextOrTrunc(BitWidth);
 616       }
 617   if (Ptr->isNullValue() || BasePtr != 0) {
 618     Constant *C = ConstantInt::get(Ptr->getContext(), Offset+BasePtr);
 619     return ConstantExpr::getIntToPtr(C, ResultTy);
 620   }
 621
 622   // Otherwise form a regular getelementptr. Recompute the indices so that
 623   // we eliminate over-indexing of the notional static type array bounds.
 624   // This makes it easy to determine if the getelementptr is "inbounds".
 625   // Also, this helps GlobalOpt do SROA on GlobalVariables.
 626   const Type *Ty = Ptr->getType();
 627   SmallVector<Constant*, 32> NewIdxs;
 628   do {
 629     if (const SequentialType *ATy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
 630       if (ATy->isPointerTy()) {
 631         // The only pointer indexing we'll do is on the first index of the GEP.
 632         if (!NewIdxs.empty())
 633           break;
 634
 635         // Only handle pointers to sized types, not pointers to functions.
 636         if (!ATy->getElementType()->isSized())
 637           return 0;
 638       }
 639
 640       // Determine which element of the array the offset points into.
 641       APInt ElemSize(BitWidth, TD->getTypeAllocSize(ATy->getElementType()));
 642       const IntegerType *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
 643       if (ElemSize == 0)
 644         // The element size is 0. This may be [0 x Ty]*, so just use a zero
 645         // index for this level and proceed to the next level to see if it can
 646         // accommodate the offset.
 647         NewIdxs.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, 0));
 648       else {
 649         // The element size is non-zero divide the offset by the element
 650         // size (rounding down), to compute the index at this level.
 651         APInt NewIdx = Offset.udiv(ElemSize);
 652         Offset -= NewIdx * ElemSize;
 653         NewIdxs.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, NewIdx));
 654       }
 655       Ty = ATy->getElementType();
 656     } else if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
 657       // Determine which field of the struct the offset points into. The
 658       // getZExtValue is at least as safe as the StructLayout API because we
 659       // know the offset is within the struct at this point.
 660       const StructLayout &SL = *TD->getStructLayout(STy);
 661       unsigned ElIdx = SL.getElementContainingOffset(Offset.getZExtValue());
 662       NewIdxs.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
 663                                          ElIdx));
 664       Offset -= APInt(BitWidth, SL.getElementOffset(ElIdx));
 665       Ty = STy->getTypeAtIndex(ElIdx);
 666     } else {
 667       // We've reached some non-indexable type.
 668       break;
 669     }
 670   } while (Ty != cast<PointerType>(ResultTy)->getElementType());
 671
 672   // If we haven't used up the entire offset by descending the static
 673   // type, then the offset is pointing into the middle of an indivisible
 674   // member, so we can't simplify it.
 675   if (Offset != 0)
 676     return 0;
 677
 678   // Create a GEP.
 679   Constant *C =
 680     ConstantExpr::getGetElementPtr(Ptr, &NewIdxs[0], NewIdxs.size());
 681   assert(cast<PointerType>(C->getType())->getElementType() == Ty &&
 682          "Computed GetElementPtr has unexpected type!");
 683
 684   // If we ended up indexing a member with a type that doesn't match
 685   // the type of what the original indices indexed, add a cast.
 686   if (Ty != cast<PointerType>(ResultTy)->getElementType())
 687     C = FoldBitCast(C, ResultTy, *TD);
 688
 689   return C;
 690 }
 691
 692
 693
 694 //===----------------------------------------------------------------------===//
 695 // Constant Folding public APIs
 696 //===----------------------------------------------------------------------===//
 697
 698 /// ConstantFoldInstruction - Try to constant fold the specified instruction.
 699 /// If successful, the constant result is returned, if not, null is returned.
 700 /// Note that this fails if not all of the operands are constant.  Otherwise,
 701 /// this function can only fail when attempting to fold instructions like loads
 702 /// and stores, which have no constant expression form.
 703 Constant *llvm::ConstantFoldInstruction(Instruction *I, const TargetData *TD) {
 704   // Handle PHI nodes quickly here...
 705   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
 706     Constant *CommonValue = 0;
 707
 708     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 709       Value *Incoming = PN->getIncomingValue(i);
 710       // If the incoming value is undef then skip it.  Note that while we could
 711       // skip the value if it is equal to the phi node itself we choose not to
 712       // because that would break the rule that constant folding only applies if
 713       // all operands are constants.
 714       if (isa<UndefValue>(Incoming))
 715         continue;
 716       // If the incoming value is not a constant, or is a different constant to
 717       // the one we saw previously, then give up.
 718       Constant *C = dyn_cast<Constant>(Incoming);
 719       if (!C || (CommonValue && C != CommonValue))
 720         return 0;
 721       CommonValue = C;
 722     }
 723
 724     // If we reach here, all incoming values are the same constant or undef.
 725     return CommonValue ? CommonValue : UndefValue::get(PN->getType());
 726   }
 727
 728   // Scan the operand list, checking to see if they are all constants, if so,
 729   // hand off to ConstantFoldInstOperands.
 730   SmallVector<Constant*, 8> Ops;
 731   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
 732     if (Constant *Op = dyn_cast<Constant>(*i))
 733       Ops.push_back(Op);
 734     else
 735       return 0;  // All operands not constant!
 736
 737   if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
 738     return ConstantFoldCompareInstOperands(CI->getPredicate(), Ops[0], Ops[1],
 739                                            TD);
 740
 741   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
 742     return ConstantFoldLoadInst(LI, TD);
 743
 744   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(),
 745                                   Ops.data(), Ops.size(), TD);
 746 }
 747
 748 /// ConstantFoldConstantExpression - Attempt to fold the constant expression
 749 /// using the specified TargetData.  If successful, the constant result is
 750 /// result is returned, if not, null is returned.
 751 Constant *llvm::ConstantFoldConstantExpression(const ConstantExpr *CE,
 752                                                const TargetData *TD) {
 753   SmallVector<Constant*, 8> Ops;
 754   for (User::const_op_iterator i = CE->op_begin(), e = CE->op_end();
 755        i != e; ++i) {
 756     Constant *NewC = cast<Constant>(*i);
 757     // Recursively fold the ConstantExpr's operands.
 758     if (ConstantExpr *NewCE = dyn_cast<ConstantExpr>(NewC))
 759       NewC = ConstantFoldConstantExpression(NewCE, TD);
 760     Ops.push_back(NewC);
 761   }
 762
 763   if (CE->isCompare())
 764     return ConstantFoldCompareInstOperands(CE->getPredicate(), Ops[0], Ops[1],
 765                                            TD);
 766   return ConstantFoldInstOperands(CE->getOpcode(), CE->getType(),
 767                                   Ops.data(), Ops.size(), TD);
 768 }
 769
 770 /// ConstantFoldInstOperands - Attempt to constant fold an instruction with the
 771 /// specified opcode and operands.  If successful, the constant result is
 772 /// returned, if not, null is returned.  Note that this function can fail when
 773 /// attempting to fold instructions like loads and stores, which have no
 774 /// constant expression form.
 775 ///
 776 /// TODO: This function neither utilizes nor preserves nsw/nuw/inbounds/etc
 777 /// information, due to only being passed an opcode and operands. Constant
 778 /// folding using this function strips this information.
 779 ///
 780 Constant *llvm::ConstantFoldInstOperands(unsigned Opcode, const Type *DestTy,
 781                                          Constant* const* Ops, unsigned NumOps,
 782                                          const TargetData *TD) {
 783   // Handle easy binops first.
 784   if (Instruction::isBinaryOp(Opcode)) {
 785     if (isa<ConstantExpr>(Ops[0]) || isa<ConstantExpr>(Ops[1]))
 786       if (Constant *C = SymbolicallyEvaluateBinop(Opcode, Ops[0], Ops[1], TD))
 787         return C;
 788
 789     return ConstantExpr::get(Opcode, Ops[0], Ops[1]);
 790   }
 791
 792   switch (Opcode) {
 793   default: return 0;
 794   case Instruction::ICmp:
 795   case Instruction::FCmp: assert(0 && "Invalid for compares");
 796   case Instruction::Call:
 797     if (Function *F = dyn_cast<Function>(Ops[NumOps - 1]))
 798       if (canConstantFoldCallTo(F))
 799         return ConstantFoldCall(F, Ops, NumOps - 1);
 800     return 0;
 801   case Instruction::PtrToInt:
 802     // If the input is a inttoptr, eliminate the pair.  This requires knowing
 803     // the width of a pointer, so it can't be done in ConstantExpr::getCast.
 804     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ops[0])) {
 805       if (TD && CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) {
 806         Constant *Input = CE->getOperand(0);
 807         unsigned InWidth = Input->getType()->getScalarSizeInBits();
 808         if (TD->getPointerSizeInBits() < InWidth) {
 809           Constant *Mask =
 810             ConstantInt::get(CE->getContext(), APInt::getLowBitsSet(InWidth,
 811                                                   TD->getPointerSizeInBits()));
 812           Input = ConstantExpr::getAnd(Input, Mask);
 813         }
 814         // Do a zext or trunc to get to the dest size.
 815         return ConstantExpr::getIntegerCast(Input, DestTy, false);
 816       }
 817     }
 818     return ConstantExpr::getCast(Opcode, Ops[0], DestTy);
 819   case Instruction::IntToPtr:
 820     // If the input is a ptrtoint, turn the pair into a ptr to ptr bitcast if
 821     // the int size is >= the ptr size.  This requires knowing the width of a
 822     // pointer, so it can't be done in ConstantExpr::getCast.
 823     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ops[0]))
 824       if (TD &&
 825           TD->getPointerSizeInBits() <= CE->getType()->getScalarSizeInBits() &&
 826           CE->getOpcode() == Instruction::PtrToInt)
 827         return FoldBitCast(CE->getOperand(0), DestTy, *TD);
 828
 829     return ConstantExpr::getCast(Opcode, Ops[0], DestTy);
 830   case Instruction::Trunc:
 831   case Instruction::ZExt:
 832   case Instruction::SExt:
 833   case Instruction::FPTrunc:
 834   case Instruction::FPExt:
 835   case Instruction::UIToFP:
 836   case Instruction::SIToFP:
 837   case Instruction::FPToUI:
 838   case Instruction::FPToSI:
 839       return ConstantExpr::getCast(Opcode, Ops[0], DestTy);
 840   case Instruction::BitCast:
 841     if (TD)
 842       return FoldBitCast(Ops[0], DestTy, *TD);
 843     return ConstantExpr::getBitCast(Ops[0], DestTy);
 844   case Instruction::Select:
 845     return ConstantExpr::getSelect(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 846   case Instruction::ExtractElement:
 847     return ConstantExpr::getExtractElement(Ops[0], Ops[1]);
 848   case Instruction::InsertElement:
 849     return ConstantExpr::getInsertElement(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 850   case Instruction::ShuffleVector:
 851     return ConstantExpr::getShuffleVector(Ops[0], Ops[1], Ops[2]);
 852   case Instruction::GetElementPtr:
 853     if (Constant *C = CastGEPIndices(Ops, NumOps, DestTy, TD))
 854       return C;
 855     if (Constant *C = SymbolicallyEvaluateGEP(Ops, NumOps, DestTy, TD))
 856       return C;
 857
 858     return ConstantExpr::getGetElementPtr(Ops[0], Ops+1, NumOps-1);
 859   }
 860 }
 861
 862 /// ConstantFoldCompareInstOperands - Attempt to constant fold a compare
 863 /// instruction (icmp/fcmp) with the specified operands.  If it fails, it
 864 /// returns a constant expression of the specified operands.
 865 ///
 866 Constant *llvm::ConstantFoldCompareInstOperands(unsigned Predicate,
 867                                                 Constant *Ops0, Constant *Ops1,
 868                                                 const TargetData *TD) {
 869   // fold: icmp (inttoptr x), null         -> icmp x, 0
 870   // fold: icmp (ptrtoint x), 0            -> icmp x, null
 871   // fold: icmp (inttoptr x), (inttoptr y) -> icmp trunc/zext x, trunc/zext y
 872   // fold: icmp (ptrtoint x), (ptrtoint y) -> icmp x, y
 873   //
 874   // ConstantExpr::getCompare cannot do this, because it doesn't have TD
 875   // around to know if bit truncation is happening.
 876   if (ConstantExpr *CE0 = dyn_cast<ConstantExpr>(Ops0)) {
 877     if (TD && Ops1->isNullValue()) {
 878       const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CE0->getContext());
 879       if (CE0->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) {
 880         // Convert the integer value to the right size to ensure we get the
 881         // proper extension or truncation.
 882         Constant *C = ConstantExpr::getIntegerCast(CE0->getOperand(0),
 883                                                    IntPtrTy, false);
 884         Constant *Null = Constant::getNullValue(C->getType());
 885         return ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, C, Null, TD);
 886       }
 887
 888       // Only do this transformation if the int is intptrty in size, otherwise
 889       // there is a truncation or extension that we aren't modeling.
 890       if (CE0->getOpcode() == Instruction::PtrToInt &&
 891           CE0->getType() == IntPtrTy) {
 892         Constant *C = CE0->getOperand(0);
 893         Constant *Null = Constant::getNullValue(C->getType());
 894         return ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, C, Null, TD);
 895       }
 896     }
 897
 898     if (ConstantExpr *CE1 = dyn_cast<ConstantExpr>(Ops1)) {
 899       if (TD && CE0->getOpcode() == CE1->getOpcode()) {
 900         const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(CE0->getContext());
 901
 902         if (CE0->getOpcode() == Instruction::IntToPtr) {
 903           // Convert the integer value to the right size to ensure we get the
 904           // proper extension or truncation.
 905           Constant *C0 = ConstantExpr::getIntegerCast(CE0->getOperand(0),
 906                                                       IntPtrTy, false);
 907           Constant *C1 = ConstantExpr::getIntegerCast(CE1->getOperand(0),
 908                                                       IntPtrTy, false);
 909           return ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, C0, C1, TD);
 910         }
 911
 912         // Only do this transformation if the int is intptrty in size, otherwise
 913         // there is a truncation or extension that we aren't modeling.
 914         if ((CE0->getOpcode() == Instruction::PtrToInt &&
 915              CE0->getType() == IntPtrTy &&
 916              CE0->getOperand(0)->getType() == CE1->getOperand(0)->getType()))
 917           return ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, CE0->getOperand(0),
 918                                                  CE1->getOperand(0), TD);
 919       }
 920     }
 921
 922     // icmp eq (or x, y), 0 -> (icmp eq x, 0) & (icmp eq y, 0)
 923     // icmp ne (or x, y), 0 -> (icmp ne x, 0) | (icmp ne y, 0)
 924     if ((Predicate == ICmpInst::ICMP_EQ || Predicate == ICmpInst::ICMP_NE) &&
 925         CE0->getOpcode() == Instruction::Or && Ops1->isNullValue()) {
 926       Constant *LHS =
 927         ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, CE0->getOperand(0), Ops1,TD);
 928       Constant *RHS =
 929         ConstantFoldCompareInstOperands(Predicate, CE0->getOperand(1), Ops1,TD);
 930       unsigned OpC =
 931         Predicate == ICmpInst::ICMP_EQ ? Instruction::And : Instruction::Or;
 932       Constant *Ops[] = { LHS, RHS };
 933       return ConstantFoldInstOperands(OpC, LHS->getType(), Ops, 2, TD);
 934     }
 935   }
 936
 937   return ConstantExpr::getCompare(Predicate, Ops0, Ops1);
 938 }
 939
 940
 941 /// ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr - Given a constant and a
 942 /// getelementptr constantexpr, return the constant value being addressed by the
 943 /// constant expression, or null if something is funny and we can't decide.
 944 Constant *llvm::ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Constant *C,
 945                                                        ConstantExpr *CE) {
 946   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(CE->getOperand(1)->getType()))
 947     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
 948
 949   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
 950   // addressing...
 951   gep_type_iterator I = gep_type_begin(CE), E = gep_type_end(CE);
 952   for (++I; I != E; ++I)
 953     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*I)) {
 954       ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(I.getOperand());
 955       assert(CU->getZExtValue() < STy->getNumElements() &&
 956              "Struct index out of range!");
 957       unsigned El = (unsigned)CU->getZExtValue();
 958       if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C)) {
 959         C = CS->getOperand(El);
 960       } else if (isa<ConstantAggregateZero>(C)) {
 961         C = Constant::getNullValue(STy->getElementType(El));
 962       } else if (isa<UndefValue>(C)) {
 963         C = UndefValue::get(STy->getElementType(El));
 964       } else {
 965         return 0;
 966       }
 967     } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand())) {
 968       if (const ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(*I)) {
 969         if (CI->getZExtValue() >= ATy->getNumElements())
 970          return 0;
 971         if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C))
 972           C = CA->getOperand(CI->getZExtValue());
 973         else if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 974           C = Constant::getNullValue(ATy->getElementType());
 975         else if (isa<UndefValue>(C))
 976           C = UndefValue::get(ATy->getElementType());
 977         else
 978           return 0;
 979       } else if (const VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(*I)) {
 980         if (CI->getZExtValue() >= VTy->getNumElements())
 981           return 0;
 982         if (ConstantVector *CP = dyn_cast<ConstantVector>(C))
 983           C = CP->getOperand(CI->getZExtValue());
 984         else if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 985           C = Constant::getNullValue(VTy->getElementType());
 986         else if (isa<UndefValue>(C))
 987           C = UndefValue::get(VTy->getElementType());
 988         else
 989           return 0;
 990       } else {
 991         return 0;
 992       }
 993     } else {
 994       return 0;
 995     }
 996   return C;
 997 }
 998
 999
1000 //===----------------------------------------------------------------------===//
1001 //  Constant Folding for Calls
1002 //
1003
1004 /// canConstantFoldCallTo - Return true if its even possible to fold a call to
1005 /// the specified function.
1006 bool
1007 llvm::canConstantFoldCallTo(const Function *F) {
1008   switch (F->getIntrinsicID()) {
1009   case Intrinsic::sqrt:
1010   case Intrinsic::powi:
1011   case Intrinsic::bswap:
1012   case Intrinsic::ctpop:
1013   case Intrinsic::ctlz:
1014   case Intrinsic::cttz:
1015   case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1016   case Intrinsic::usub_with_overflow:
1017   case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1018   case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1019   case Intrinsic::smul_with_overflow:
1020   case Intrinsic::convert_from_fp16:
1021   case Intrinsic::convert_to_fp16:
1022     return true;
1023   default:
1024     return false;
1025   case 0: break;
1026   }
1027
1028   if (!F->hasName()) return false;
1029   StringRef Name = F->getName();
1030
1031   // In these cases, the check of the length is required.  We don't want to
1032   // return true for a name like "cos\0blah" which strcmp would return equal to
1033   // "cos", but has length 8.
1034   switch (Name[0]) {
1035   default: return false;
1036   case 'a':
1037     return Name == "acos" || Name == "asin" ||
1038       Name == "atan" || Name == "atan2";
1039   case 'c':
1040     return Name == "cos" || Name == "ceil" || Name == "cosf" || Name == "cosh";
1041   case 'e':
1042     return Name == "exp";
1043   case 'f':
1044     return Name == "fabs" || Name == "fmod" || Name == "floor";
1045   case 'l':
1046     return Name == "log" || Name == "log10";
1047   case 'p':
1048     return Name == "pow";
1049   case 's':
1050     return Name == "sin" || Name == "sinh" || Name == "sqrt" ||
1051       Name == "sinf" || Name == "sqrtf";
1052   case 't':
1053     return Name == "tan" || Name == "tanh";
1054   }
1055 }
1056
1057 static Constant *ConstantFoldFP(double (*NativeFP)(double), double V,
1058                                 const Type *Ty) {
1059   sys::llvm_fenv_clearexcept();
1060   V = NativeFP(V);
1061   if (sys::llvm_fenv_testexcept()) {
1062     sys::llvm_fenv_clearexcept();
1063     return 0;
1064   }
1065
1066   if (Ty->isFloatTy())
1067     return ConstantFP::get(Ty->getContext(), APFloat((float)V));
1068   if (Ty->isDoubleTy())
1069     return ConstantFP::get(Ty->getContext(), APFloat(V));
1070   llvm_unreachable("Can only constant fold float/double");
1071   return 0; // dummy return to suppress warning
1072 }
1073
1074 static Constant *ConstantFoldBinaryFP(double (*NativeFP)(double, double),
1075                                       double V, double W, const Type *Ty) {
1076   sys::llvm_fenv_clearexcept();
1077   V = NativeFP(V, W);
1078   if (sys::llvm_fenv_testexcept()) {
1079     sys::llvm_fenv_clearexcept();
1080     return 0;
1081   }
1082
1083   if (Ty->isFloatTy())
1084     return ConstantFP::get(Ty->getContext(), APFloat((float)V));
1085   if (Ty->isDoubleTy())
1086     return ConstantFP::get(Ty->getContext(), APFloat(V));
1087   llvm_unreachable("Can only constant fold float/double");
1088   return 0; // dummy return to suppress warning
1089 }
1090
1091 /// ConstantFoldCall - Attempt to constant fold a call to the specified function
1092 /// with the specified arguments, returning null if unsuccessful.
1093 Constant *
1094 llvm::ConstantFoldCall(Function *F,
1095                        Constant *const *Operands, unsigned NumOperands) {
1096   if (!F->hasName()) return 0;
1097   StringRef Name = F->getName();
1098
1099   const Type *Ty = F->getReturnType();
1100   if (NumOperands == 1) {
1101     if (ConstantFP *Op = dyn_cast<ConstantFP>(Operands[0])) {
1102       if (Name == "llvm.convert.to.fp16") {
1103         APFloat Val(Op->getValueAPF());
1104
1105         bool lost = false;
1106         Val.convert(APFloat::IEEEhalf, APFloat::rmNearestTiesToEven, &lost);
1107
1108         return ConstantInt::get(F->getContext(), Val.bitcastToAPInt());
1109       }
1110
1111       if (!Ty->isFloatTy() && !Ty->isDoubleTy())
1112         return 0;
1113
1114       /// We only fold functions with finite arguments. Folding NaN and inf is
1115       /// likely to be aborted with an exception anyway, and some host libms
1116       /// have known errors raising exceptions.
1117       if (Op->getValueAPF().isNaN() || Op->getValueAPF().isInfinity())
1118         return 0;
1119
1120       /// Currently APFloat versions of these functions do not exist, so we use
1121       /// the host native double versions.  Float versions are not called
1122       /// directly but for all these it is true (float)(f((double)arg)) ==
1123       /// f(arg).  Long double not supported yet.
1124       double V = Ty->isFloatTy() ? (double)Op->getValueAPF().convertToFloat() :
1125                                      Op->getValueAPF().convertToDouble();
1126       switch (Name[0]) {
1127       case 'a':
1128         if (Name == "acos")
1129           return ConstantFoldFP(acos, V, Ty);
1130         else if (Name == "asin")
1131           return ConstantFoldFP(asin, V, Ty);
1132         else if (Name == "atan")
1133           return ConstantFoldFP(atan, V, Ty);
1134         break;
1135       case 'c':
1136         if (Name == "ceil")
1137           return ConstantFoldFP(ceil, V, Ty);
1138         else if (Name == "cos")
1139           return ConstantFoldFP(cos, V, Ty);
1140         else if (Name == "cosh")
1141           return ConstantFoldFP(cosh, V, Ty);
1142         else if (Name == "cosf")
1143           return ConstantFoldFP(cos, V, Ty);
1144         break;
1145       case 'e':
1146         if (Name == "exp")
1147           return ConstantFoldFP(exp, V, Ty);
1148         break;
1149       case 'f':
1150         if (Name == "fabs")
1151           return ConstantFoldFP(fabs, V, Ty);
1152         else if (Name == "floor")
1153           return ConstantFoldFP(floor, V, Ty);
1154         break;
1155       case 'l':
1156         if (Name == "log" && V > 0)
1157           return ConstantFoldFP(log, V, Ty);
1158         else if (Name == "log10" && V > 0)
1159           return ConstantFoldFP(log10, V, Ty);
1160         else if (Name == "llvm.sqrt.f32" ||
1161                  Name == "llvm.sqrt.f64") {
1162           if (V >= -0.0)
1163             return ConstantFoldFP(sqrt, V, Ty);
1164           else // Undefined
1165             return Constant::getNullValue(Ty);
1166         }
1167         break;
1168       case 's':
1169         if (Name == "sin")
1170           return ConstantFoldFP(sin, V, Ty);
1171         else if (Name == "sinh")
1172           return ConstantFoldFP(sinh, V, Ty);
1173         else if (Name == "sqrt" && V >= 0)
1174           return ConstantFoldFP(sqrt, V, Ty);
1175         else if (Name == "sqrtf" && V >= 0)
1176           return ConstantFoldFP(sqrt, V, Ty);
1177         else if (Name == "sinf")
1178           return ConstantFoldFP(sin, V, Ty);
1179         break;
1180       case 't':
1181         if (Name == "tan")
1182           return ConstantFoldFP(tan, V, Ty);
1183         else if (Name == "tanh")
1184           return ConstantFoldFP(tanh, V, Ty);
1185         break;
1186       default:
1187         break;
1188       }
1189       return 0;
1190     }
1191
1192
1193     if (ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(Operands[0])) {
1194       if (Name.startswith("llvm.bswap"))
1195         return ConstantInt::get(F->getContext(), Op->getValue().byteSwap());
1196       else if (Name.startswith("llvm.ctpop"))
1197         return ConstantInt::get(Ty, Op->getValue().countPopulation());
1198       else if (Name.startswith("llvm.cttz"))
1199         return ConstantInt::get(Ty, Op->getValue().countTrailingZeros());
1200       else if (Name.startswith("llvm.ctlz"))
1201         return ConstantInt::get(Ty, Op->getValue().countLeadingZeros());
1202       else if (Name == "llvm.convert.from.fp16") {
1203         APFloat Val(Op->getValue());
1204
1205         bool lost = false;
1206         APFloat::opStatus status =
1207           Val.convert(APFloat::IEEEsingle, APFloat::rmNearestTiesToEven, &lost);
1208
1209         // Conversion is always precise.
1210         status = status;
1211         assert(status == APFloat::opOK && !lost &&
1212                "Precision lost during fp16 constfolding");
1213
1214         return ConstantFP::get(F->getContext(), Val);
1215       }
1216       return 0;
1217     }
1218
1219     if (isa<UndefValue>(Operands[0])) {
1220       if (Name.startswith("llvm.bswap"))
1221         return Operands[0];
1222       return 0;
1223     }
1224
1225     return 0;
1226   }
1227
1228   if (NumOperands == 2) {
1229     if (ConstantFP *Op1 = dyn_cast<ConstantFP>(Operands[0])) {
1230       if (!Ty->isFloatTy() && !Ty->isDoubleTy())
1231         return 0;
1232       double Op1V = Ty->isFloatTy() ?
1233                       (double)Op1->getValueAPF().convertToFloat() :
1234                       Op1->getValueAPF().convertToDouble();
1235       if (ConstantFP *Op2 = dyn_cast<ConstantFP>(Operands[1])) {
1236         if (Op2->getType() != Op1->getType())
1237           return 0;
1238
1239         double Op2V = Ty->isFloatTy() ?
1240                       (double)Op2->getValueAPF().convertToFloat():
1241                       Op2->getValueAPF().convertToDouble();
1242
1243         if (Name == "pow")
1244           return ConstantFoldBinaryFP(pow, Op1V, Op2V, Ty);
1245         if (Name == "fmod")
1246           return ConstantFoldBinaryFP(fmod, Op1V, Op2V, Ty);
1247         if (Name == "atan2")
1248           return ConstantFoldBinaryFP(atan2, Op1V, Op2V, Ty);
1249       } else if (ConstantInt *Op2C = dyn_cast<ConstantInt>(Operands[1])) {
1250         if (Name == "llvm.powi.f32")
1251           return ConstantFP::get(F->getContext(),
1252                                  APFloat((float)std::pow((float)Op1V,
1253                                                  (int)Op2C->getZExtValue())));
1254         if (Name == "llvm.powi.f64")
1255           return ConstantFP::get(F->getContext(),
1256                                  APFloat((double)std::pow((double)Op1V,
1257                                                    (int)Op2C->getZExtValue())));
1258       }
1259       return 0;
1260     }
1261
1262
1263     if (ConstantInt *Op1 = dyn_cast<ConstantInt>(Operands[0])) {
1264       if (ConstantInt *Op2 = dyn_cast<ConstantInt>(Operands[1])) {
1265         switch (F->getIntrinsicID()) {
1266         default: break;
1267         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1268         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1269         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1270         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1271         case Intrinsic::smul_with_overflow: {
1272           APInt Res;
1273           bool Overflow;
1274           switch (F->getIntrinsicID()) {
1275           default: assert(0 && "Invalid case");
1276           case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1277             Res = Op1->getValue().sadd_ov(Op2->getValue(), Overflow);
1278             break;
1279           case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1280             Res = Op1->getValue().uadd_ov(Op2->getValue(), Overflow);
1281             break;
1282           case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1283             Res = Op1->getValue().ssub_ov(Op2->getValue(), Overflow);
1284             break;
1285           case Intrinsic::usub_with_overflow:
1286             Res = Op1->getValue().usub_ov(Op2->getValue(), Overflow);
1287             break;
1288           case Intrinsic::smul_with_overflow:
1289             Res = Op1->getValue().smul_ov(Op2->getValue(), Overflow);
1290             break;
1291           }
1292           Constant *Ops[] = {
1293             ConstantInt::get(F->getContext(), Res),
1294             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(F->getContext()), Overflow)
1295           };
1296           return ConstantStruct::get(F->getContext(), Ops, 2, false);
1297         }
1298         }
1299       }
1300
1301       return 0;
1302     }
1303     return 0;
1304   }
1305   return 0;
1306 }
1307