1004ebcac2f5c878e969783e967d48ed3d7f20bb
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
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 contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/GlobalVariable.h"
20 #include "llvm/GlobalAlias.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Metadata.h"
24 #include "llvm/Operator.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
29 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include <cstring>
32 using namespace llvm;
33 using namespace llvm::PatternMatch;
34
35 const unsigned MaxDepth = 6;
36
37 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
38 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
39 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const TargetData *TD) {
40   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
41     return BitWidth;
42   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Expected a pointer type!");
43   return TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 0;
44 }
45
46 static void ComputeMaskedBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
47                                     APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
48                                     APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
49                                     const TargetData *TD, unsigned Depth) {
50   if (!Add) {
51     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
52       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
53       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
54       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
55       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
56         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
57         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
58         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
59         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
60         llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
61     
62         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
63         // output top bits are zero, because we now know that the output is
64         // from [0-C].
65         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
66           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
67           // Top bits known zero.
68           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
69         }
70       }
71     }
72   }
73
74   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
75
76   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
77   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
78   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
79   // this only works if the known zeros are in the right operand.
80   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
81   llvm::ComputeMaskedBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
82   assert((LHSKnownZero & LHSKnownOne) == 0 &&
83          "Bits known to be one AND zero?");
84   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
85
86   llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
87   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
88   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
89
90   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
91   // many bits from the other operand.
92   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
93     if (Add) {
94       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
95       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
96       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
97     } else {
98       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
99       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
100       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
101                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
102                                                  RHSKnownZeroOut));
103     }
104   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
105     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
106     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
107     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
108   }
109
110   // Are we still trying to solve for the sign bit?
111   if (!KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
112     if (NSW) {
113       if (Add) {
114         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
115         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
116           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
117         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
118         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
119           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
120       } else {
121         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
122         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
123           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
124         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
125         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
126           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
127       }
128     }
129   }
130 }
131
132 static void ComputeMaskedBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
133                                  APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                                  APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
135                                  const TargetData *TD, unsigned Depth) {
136   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
137   ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
138   ComputeMaskedBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
139   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
140   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
141
142   bool isKnownNegative = false;
143   bool isKnownNonNegative = false;
144   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
145   if (NSW) {
146     if (Op0 == Op1) {
147       // The product of a number with itself is non-negative.
148       isKnownNonNegative = true;
149     } else {
150       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
151       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
152       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
153       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
154       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
155       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
156         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
157       // The product of a negative number and a non-negative number is either
158       // negative or zero.
159       if (!isKnownNonNegative)
160         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
161                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth)) ||
162                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
163                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
164     }
165   }
166
167   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
168   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
169   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
170   // interesting case of alignment computation.
171   KnownOne.clearAllBits();
172   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
173                     KnownZero2.countTrailingOnes();
174   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
175                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
176                              BitWidth) - BitWidth;
177
178   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
179   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
180   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
181               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
182
183   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
184   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
185   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
186   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
187   // whatever we like here.
188   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
189     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
190   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
191     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
192 }
193
194 void llvm::computeMaskedBitsLoad(const MDNode &Ranges, APInt &KnownZero) {
195   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
196   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
197   assert(NumRanges >= 1);
198
199   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
200   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
201   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
202     ConstantInt *Lower = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 0));
203     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 1));
204     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
205     if (Range.isWrappedSet())
206       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
207     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
208     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
209   }
210
211   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
212 }
213 /// ComputeMaskedBits - Determine which of the bits are known to be either zero
214 /// or one and return them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
215 ///
216 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
217 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
218 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
219 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
220 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
221 /// this won't lose us code quality.
222 ///
223 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
224 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
225 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
226 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
227 /// for all of the elements in the vector.
228 void llvm::ComputeMaskedBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
229                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
230   assert(V && "No Value?");
231   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
232   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
233
234   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
235           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
236          "Not integer or pointer type!");
237   assert((!TD ||
238           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
239          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
240           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
241          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
242          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
243          "V, Mask, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
244
245   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
246     // We know all of the bits for a constant!
247     KnownOne = CI->getValue();
248     KnownZero = ~KnownOne;
249     return;
250   }
251   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
252   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
253       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
254     KnownOne.clearAllBits();
255     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
256     return;
257   }
258   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
259   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
260   // we don't handle undef in any particularly useful way.
261   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
262     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
263     // each element.
264     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
265     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
266     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
267       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
268       KnownZero &= ~Elt;
269       KnownOne &= Elt;      
270     }
271     return;
272   }
273   
274   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
275   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
276     unsigned Align = GV->getAlignment();
277     if (Align == 0 && TD) {
278       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
279         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
280         if (ObjectType->isSized()) {
281           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
282           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
283           // may only have the minimum ABI alignment.
284           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
285             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
286           else
287             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
288         }
289       }
290     }
291     if (Align > 0)
292       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
293                                        CountTrailingZeros_32(Align));
294     else
295       KnownZero.clearAllBits();
296     KnownOne.clearAllBits();
297     return;
298   }
299   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
300   // the bits of its aliasee.
301   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
302     if (GA->mayBeOverridden()) {
303       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
304     } else {
305       ComputeMaskedBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
306     }
307     return;
308   }
309   
310   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
311     unsigned Align = 0;
312
313     if (A->hasByValAttr()) {
314       // Get alignment information off byval arguments if specified in the IR.
315       Align = A->getParamAlignment();
316     } else if (TD && A->hasStructRetAttr()) {
317       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
318       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
319       if (EltTy->isSized())
320         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
321     }
322
323     if (Align)
324       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, CountTrailingZeros_32(Align));
325     return;
326   }
327
328   // Start out not knowing anything.
329   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
330
331   if (Depth == MaxDepth)
332     return;  // Limit search depth.
333
334   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
335   if (!I) return;
336
337   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
338   switch (I->getOpcode()) {
339   default: break;
340   case Instruction::Load:
341     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
342       computeMaskedBitsLoad(*MD, KnownZero);
343     return;
344   case Instruction::And: {
345     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
346     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
347     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
348     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
349     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
350     
351     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
352     KnownOne &= KnownOne2;
353     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
354     KnownZero |= KnownZero2;
355     return;
356   }
357   case Instruction::Or: {
358     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
359     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
360     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
361     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
362     
363     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
364     KnownZero &= KnownZero2;
365     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
366     KnownOne |= KnownOne2;
367     return;
368   }
369   case Instruction::Xor: {
370     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
371     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
372     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
373     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
374     
375     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
376     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
377     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
378     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
379     KnownZero = KnownZeroOut;
380     return;
381   }
382   case Instruction::Mul: {
383     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
384     ComputeMaskedBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
385                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
386     break;
387   }
388   case Instruction::UDiv: {
389     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
390     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
391     // be less than the denominator.
392     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
393     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
394
395     KnownOne2.clearAllBits();
396     KnownZero2.clearAllBits();
397     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
398     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
399     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
400       LeadZ = std::min(BitWidth,
401                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
402
403     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
404     return;
405   }
406   case Instruction::Select:
407     ComputeMaskedBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
408     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD,
409                       Depth+1);
410     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
411     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
412
413     // Only known if known in both the LHS and RHS.
414     KnownOne &= KnownOne2;
415     KnownZero &= KnownZero2;
416     return;
417   case Instruction::FPTrunc:
418   case Instruction::FPExt:
419   case Instruction::FPToUI:
420   case Instruction::FPToSI:
421   case Instruction::SIToFP:
422   case Instruction::UIToFP:
423     return; // Can't work with floating point.
424   case Instruction::PtrToInt:
425   case Instruction::IntToPtr:
426     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
427     if (!TD) return;
428     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
429   case Instruction::ZExt:
430   case Instruction::Trunc: {
431     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
432     
433     unsigned SrcBitWidth;
434     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
435     // which fall through here.
436     if (SrcTy->isPointerTy())
437       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy);
438     else
439       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
440     
441     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
442     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
443     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
444     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
445     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
446     // Any top bits are known to be zero.
447     if (BitWidth > SrcBitWidth)
448       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
449     return;
450   }
451   case Instruction::BitCast: {
452     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
453     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
454         // TODO: For now, not handling conversions like:
455         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
456         !I->getType()->isVectorTy()) {
457       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
458       return;
459     }
460     break;
461   }
462   case Instruction::SExt: {
463     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
464     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
465       
466     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
467     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
468     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
469     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
470     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
471     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
472
473     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
474     // top bits of the result.
475     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
476       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
477     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
478       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
479     return;
480   }
481   case Instruction::Shl:
482     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
483     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
484       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
485       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
486       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
487       KnownZero <<= ShiftAmt;
488       KnownOne  <<= ShiftAmt;
489       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
490       return;
491     }
492     break;
493   case Instruction::LShr:
494     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
495     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
496       // Compute the new bits that are at the top now.
497       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
498       
499       // Unsigned shift right.
500       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero,KnownOne, TD, Depth+1);
501       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
502       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
503       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
504       // high bits known zero.
505       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
506       return;
507     }
508     break;
509   case Instruction::AShr:
510     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
511     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
512       // Compute the new bits that are at the top now.
513       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
514       
515       // Signed shift right.
516       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
517       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
518       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
519       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
520         
521       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
522       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
523         KnownZero |= HighBits;
524       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
525         KnownOne |= HighBits;
526       return;
527     }
528     break;
529   case Instruction::Sub: {
530     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
531     ComputeMaskedBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
532                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
533                             Depth);
534     break;
535   }
536   case Instruction::Add: {
537     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
538     ComputeMaskedBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
539                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
540                             Depth);
541     break;
542   }
543   case Instruction::SRem:
544     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
545       APInt RA = Rem->getValue().abs();
546       if (RA.isPowerOf2()) {
547         APInt LowBits = RA - 1;
548         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
549
550         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
551         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
552         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
553
554         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
555         // the upper bits are all zero.
556         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
557           KnownZero |= ~LowBits;
558
559         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
560         // the upper bits are all one.
561         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
562           KnownOne |= ~LowBits;
563
564         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
565       }
566     }
567
568     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
569     // remainder is zero.
570     if (KnownZero.isNonNegative()) {
571       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
572       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
573                         Depth+1);
574       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
575       if (LHSKnownZero.isNegative())
576         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
577     }
578
579     break;
580   case Instruction::URem: {
581     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
582       APInt RA = Rem->getValue();
583       if (RA.isPowerOf2()) {
584         APInt LowBits = (RA - 1);
585         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
586                           Depth+1);
587         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
588         KnownZero |= ~LowBits;
589         KnownOne &= LowBits;
590         break;
591       }
592     }
593
594     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
595     // zero bits in either operand must also exist in the result.
596     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
597     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
598
599     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
600                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
601     KnownOne.clearAllBits();
602     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
603     break;
604   }
605
606   case Instruction::Alloca: {
607     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
608     unsigned Align = AI->getAlignment();
609     if (Align == 0 && TD)
610       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
611     
612     if (Align > 0)
613       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, CountTrailingZeros_32(Align));
614     break;
615   }
616   case Instruction::GetElementPtr: {
617     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
618     // to determine if we can prove known low zero bits.
619     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
620     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
621                       Depth+1);
622     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
623
624     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
625     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
626       Value *Index = I->getOperand(i);
627       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
628         // Handle struct member offset arithmetic.
629         if (!TD) return;
630         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
631         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
632         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
633         TrailZ = std::min(TrailZ,
634                           CountTrailingZeros_64(Offset));
635       } else {
636         // Handle array index arithmetic.
637         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
638         if (!IndexedTy->isSized()) return;
639         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
640         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
641         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
642         ComputeMaskedBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
643         TrailZ = std::min(TrailZ,
644                           unsigned(CountTrailingZeros_64(TypeSize) +
645                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
646       }
647     }
648     
649     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
650     break;
651   }
652   case Instruction::PHI: {
653     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
654     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
655     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
656     // this is sufficient to catch some interesting cases.
657     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
658       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
659         Value *L = P->getIncomingValue(i);
660         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
661         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
662         if (!LU)
663           continue;
664         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
665         // Check for operations that have the property that if
666         // both their operands have low zero bits, the result
667         // will have low zero bits.
668         if (Opcode == Instruction::Add ||
669             Opcode == Instruction::Sub ||
670             Opcode == Instruction::And ||
671             Opcode == Instruction::Or ||
672             Opcode == Instruction::Mul) {
673           Value *LL = LU->getOperand(0);
674           Value *LR = LU->getOperand(1);
675           // Find a recurrence.
676           if (LL == I)
677             L = LR;
678           else if (LR == I)
679             L = LL;
680           else
681             break;
682           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
683           // zero bits.
684           ComputeMaskedBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
685
686           // We need to take the minimum number of known bits
687           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
688           ComputeMaskedBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
689
690           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
691                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
692                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
693           break;
694         }
695       }
696     }
697
698     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
699     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
700       return;
701
702     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
703     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
704     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
705       // Skip if every incoming value references to ourself.
706       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
707         break;
708
709       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
710       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
711       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
712         // Skip direct self references.
713         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
714
715         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
716         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
717         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
718         // want to waste time spinning around in loops.
719         ComputeMaskedBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
720                           MaxDepth-1);
721         KnownZero &= KnownZero2;
722         KnownOne &= KnownOne2;
723         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
724         // more operands.
725         if (!KnownZero && !KnownOne)
726           break;
727       }
728     }
729     break;
730   }
731   case Instruction::Call:
732     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
733       switch (II->getIntrinsicID()) {
734       default: break;
735       case Intrinsic::ctlz:
736       case Intrinsic::cttz: {
737         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
738         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
739         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
740           LowBits -= 1;
741         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
742         break;
743       }
744       case Intrinsic::ctpop: {
745         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
746         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
747         break;
748       }
749       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_8:
750       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
751         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(64, 32);
752         break;
753       }
754     }
755     break;
756   case Instruction::ExtractValue:
757     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
758       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
759       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
760       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
761         switch (II->getIntrinsicID()) {
762         default: break;
763         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
764         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
765           ComputeMaskedBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
766                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
767                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
768           break;
769         case Intrinsic::usub_with_overflow:
770         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
771           ComputeMaskedBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
772                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
773                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
774           break;
775         case Intrinsic::umul_with_overflow:
776         case Intrinsic::smul_with_overflow:
777           ComputeMaskedBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
778                                false, KnownZero, KnownOne,
779                                KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
780           break;
781         }
782       }
783     }
784   }
785 }
786
787 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
788 /// one.  Convenience wrapper around ComputeMaskedBits.
789 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
790                           const TargetData *TD, unsigned Depth) {
791   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
792   if (!BitWidth) {
793     KnownZero = false;
794     KnownOne = false;
795     return;
796   }
797   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
798   APInt OneBits(BitWidth, 0);
799   ComputeMaskedBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth);
800   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
801   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
802 }
803
804 /// isPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
805 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
806 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
807 /// types and vectors of integers.
808 bool llvm::isPowerOfTwo(Value *V, const TargetData *TD, bool OrZero,
809                         unsigned Depth) {
810   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
811     if (C->isNullValue())
812       return OrZero;
813     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
814       return CI->getValue().isPowerOf2();
815     // TODO: Handle vector constants.
816   }
817
818   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
819   // it is shifted off the end then the result is undefined.
820   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
821     return true;
822
823   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
824   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
825   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
826     return true;
827
828   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
829   if (Depth++ == MaxDepth)
830     return false;
831
832   Value *X = 0, *Y = 0;
833   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
834   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
835                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
836     return isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/true, Depth);
837
838   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
839     return isPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), TD, OrZero, Depth);
840
841   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
842     return isPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), TD, OrZero, Depth) &&
843       isPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), TD, OrZero, Depth);
844
845   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
846     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
847     if (isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/true, Depth) ||
848         isPowerOfTwo(Y, TD, /*OrZero*/true, Depth))
849       return true;
850     // X & (-X) is always a power of two or zero.
851     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
852       return true;
853     return false;
854   }
855
856   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
857   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
858   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
859   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
860       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
861     return isPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), TD, OrZero, Depth);
862   }
863
864   return false;
865 }
866
867 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
868 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
869 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
870 /// vectors of integers.
871 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const TargetData *TD, unsigned Depth) {
872   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
873     if (C->isNullValue())
874       return false;
875     if (isa<ConstantInt>(C))
876       // Must be non-zero due to null test above.
877       return true;
878     // TODO: Handle vectors
879     return false;
880   }
881
882   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
883   if (Depth++ >= MaxDepth)
884     return false;
885
886   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
887
888   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
889   Value *X = 0, *Y = 0;
890   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
891     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
892
893   // ext X != 0 if X != 0.
894   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
895     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
896
897   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
898   // if the lowest bit is shifted off the end.
899   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
900     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
901     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
902     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
903       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
904
905     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
906     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
907     ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
908     if (KnownOne[0])
909       return true;
910   }
911   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
912   // defined if the sign bit is shifted off the end.
913   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
914     // shr exact can only shift out zero bits.
915     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
916     if (BO->isExact())
917       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
918
919     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
920     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
921     if (XKnownNegative)
922       return true;
923   }
924   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
925   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
926     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
927   }
928   // X + Y.
929   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
930     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
931     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
932     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
933     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
934
935     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
936     // zero unless both X and Y are zero.
937     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
938       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
939         return true;
940
941     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
942     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
943     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
944       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
945       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
946       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
947       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
948       // to INT_MIN.
949       ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
950       if ((KnownOne & Mask) != 0)
951         return true;
952       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
953       // to INT_MIN.
954       ComputeMaskedBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
955       if ((KnownOne & Mask) != 0)
956         return true;
957     }
958
959     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
960     if (XKnownNonNegative && isPowerOfTwo(Y, TD, /*OrZero*/false, Depth))
961       return true;
962     if (YKnownNonNegative && isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/false, Depth))
963       return true;
964   }
965   // X * Y.
966   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
967     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
968     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
969     // does not overflow.
970     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
971         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
972       return true;
973   }
974   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
975   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
976     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
977         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
978       return true;
979   }
980
981   if (!BitWidth) return false;
982   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
983   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
984   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
985   return KnownOne != 0;
986 }
987
988 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
989 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
990 /// for bits that V cannot have.
991 ///
992 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
993 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
994 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
995 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
996 /// for all of the elements in the vector.
997 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
998                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
999   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1000   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1001   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
1002   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1003 }
1004
1005
1006
1007 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1008 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1009 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1010 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1011 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1012 ///
1013 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1014 ///
1015 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const TargetData *TD,
1016                                   unsigned Depth) {
1017   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1018          "ComputeNumSignBits requires a TargetData object to operate "
1019          "on non-integer values!");
1020   Type *Ty = V->getType();
1021   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1022                          Ty->getScalarSizeInBits();
1023   unsigned Tmp, Tmp2;
1024   unsigned FirstAnswer = 1;
1025
1026   // Note that ConstantInt is handled by the general ComputeMaskedBits case
1027   // below.
1028
1029   if (Depth == 6)
1030     return 1;  // Limit search depth.
1031   
1032   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1033   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1034   default: break;
1035   case Instruction::SExt:
1036     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1037     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1038     
1039   case Instruction::AShr: {
1040     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1041     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1042     const APInt *ShAmt;
1043     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1044       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1045       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1046     }
1047     return Tmp;
1048   }
1049   case Instruction::Shl: {
1050     const APInt *ShAmt;
1051     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1052       // shl destroys sign bits.
1053       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1054       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1055       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1056           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1057       return Tmp - Tmp2;
1058     }
1059     break;
1060   }
1061   case Instruction::And:
1062   case Instruction::Or:
1063   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1064     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1065     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1066     if (Tmp != 1) {
1067       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1068       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1069       // We computed what we know about the sign bits as our first
1070       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1071       // ComputeMaskedBits, and pick whichever answer is better.
1072     }
1073     break;
1074
1075   case Instruction::Select:
1076     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1077     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1078     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1079     return std::min(Tmp, Tmp2);
1080     
1081   case Instruction::Add:
1082     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1083     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1084     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1085     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1086       
1087     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1088     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1089       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1090         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1091         ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1092         
1093         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1094         // sign bits set.
1095         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1096           return TyBits;
1097         
1098         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1099         // out of the result.
1100         if (KnownZero.isNegative())
1101           return Tmp;
1102       }
1103       
1104     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1105     if (Tmp2 == 1) return 1;
1106     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1107     
1108   case Instruction::Sub:
1109     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1110     if (Tmp2 == 1) return 1;
1111       
1112     // Handle NEG.
1113     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1114       if (CLHS->isNullValue()) {
1115         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1116         ComputeMaskedBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1117         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1118         // sign bits set.
1119         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1120           return TyBits;
1121         
1122         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1123         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1124         if (KnownZero.isNegative())
1125           return Tmp2;
1126         
1127         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1128       }
1129     
1130     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1131     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1132     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1133     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1134     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1135       
1136   case Instruction::PHI: {
1137     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1138     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1139     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1140     
1141     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1142     // because of our depth threshold.
1143     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1144     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1145       if (Tmp == 1) return Tmp;
1146       Tmp = std::min(Tmp,
1147                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1148     }
1149     return Tmp;
1150   }
1151
1152   case Instruction::Trunc:
1153     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1154     // case for targets like X86.
1155     break;
1156   }
1157   
1158   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1159   // use this information.
1160   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1161   APInt Mask;
1162   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1163   
1164   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1165     Mask = KnownZero;
1166   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1167     Mask = KnownOne;
1168   } else {
1169     // Nothing known.
1170     return FirstAnswer;
1171   }
1172   
1173   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1174   // the number of identical bits in the top of the input value.
1175   Mask = ~Mask;
1176   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1177   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1178   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1179   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1180 }
1181
1182 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1183 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1184 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1185 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1186 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1187                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1188   const unsigned MaxDepth = 6;
1189
1190   assert(V && "No Value?");
1191   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1192   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1193
1194   Type *T = V->getType();
1195
1196   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1197
1198   if (Base == 0)
1199     return false;
1200     
1201   if (Base == 1) {
1202     Multiple = V;
1203     return true;
1204   }
1205
1206   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1207   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1208   if (CO && CO == BaseVal) {
1209     // Multiple is 1.
1210     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1211     return true;
1212   }
1213
1214   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1215     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1216     return true;  
1217   }
1218   
1219   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1220         
1221   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1222   if (!I) return false;
1223
1224   switch (I->getOpcode()) {
1225   default: break;
1226   case Instruction::SExt:
1227     if (!LookThroughSExt) return false;
1228     // otherwise fall through to ZExt
1229   case Instruction::ZExt:
1230     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1231                            LookThroughSExt, Depth+1);
1232   case Instruction::Shl:
1233   case Instruction::Mul: {
1234     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1235     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1236
1237     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1238       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1239       if (!Op1CI) return false;
1240       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1241       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1242       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1243       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1244       API.setBit(BitToSet);
1245       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1246     }
1247
1248     Value *Mul0 = NULL;
1249     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1250       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1251         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1252           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < 
1253               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1254             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1255           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 
1256               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1257             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1258           
1259           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1260           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1261           return true;
1262         }
1263
1264       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1265         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1266           // V == Base * Op1, so return Op1
1267           Multiple = Op1;
1268           return true;
1269         }
1270     }
1271
1272     Value *Mul1 = NULL;
1273     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1274       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1275         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1276           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < 
1277               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1278             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1279           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 
1280               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1281             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1282           
1283           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1284           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1285           return true;
1286         }
1287
1288       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1289         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1290           // V == Base * Op0, so return Op0
1291           Multiple = Op0;
1292           return true;
1293         }
1294     }
1295   }
1296   }
1297
1298   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1299   return false;
1300 }
1301
1302 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP 
1303 /// value is never equal to -0.0.
1304 ///
1305 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1306 /// rounding modes!
1307 ///
1308 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1309   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1310     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1311   
1312   if (Depth == 6)
1313     return 1;  // Limit search depth.
1314
1315   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1316   if (I == 0) return false;
1317   
1318   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1319   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
1320       isa<ConstantFP>(I->getOperand(1)) && 
1321       cast<ConstantFP>(I->getOperand(1))->isNullValue())
1322     return true;
1323     
1324   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1325   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1326     return true;
1327   
1328   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1329     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1330     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1331       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1332   
1333   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1334     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1335       if (F->isDeclaration()) {
1336         // abs(x) != -0.0
1337         if (F->getName() == "abs") return true;
1338         // fabs[lf](x) != -0.0
1339         if (F->getName() == "fabs") return true;
1340         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1341         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1342         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1343             F->getName() == "sqrtl")
1344           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1345       }
1346     }
1347   
1348   return false;
1349 }
1350
1351 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1352 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1353 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1354 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1355 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1356 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1357   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1358   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1359
1360   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1361   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1362     if (C->isNullValue())
1363       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1364   
1365   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1366   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0. 
1367   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1368     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1369       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1370     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1371       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1372     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1373   }
1374   
1375   // We can handle constant integers that are power of two in size and a 
1376   // multiple of 8 bits.
1377   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1378     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1379     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1380       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1381       // same at all levels.
1382       APInt Val = CI->getValue();
1383       APInt Val2;
1384       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1385         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1386         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1387         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1388         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1389         
1390         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1391         if (Val != Val2)
1392           return 0;
1393       }
1394       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1395     }
1396   }
1397   
1398   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1399   // also splatable.
1400   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1401     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1402     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1403     if (!Val)
1404       return 0;
1405     
1406     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1407       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1408         return 0;
1409     
1410     return Val;
1411   }
1412
1413   // Conceptually, we could handle things like:
1414   //   %a = zext i8 %X to i16
1415   //   %b = shl i16 %a, 8
1416   //   %c = or i16 %a, %b
1417   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1418   // worth worrying about.
1419   return 0;
1420 }
1421
1422
1423 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1424 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1425 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1426 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1427 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1428 // build on that.
1429 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1430                                 SmallVector<unsigned, 10> &Idxs,
1431                                 unsigned IdxSkip,
1432                                 Instruction *InsertBefore) {
1433   llvm::StructType *STy = llvm::dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1434   if (STy) {
1435     // Save the original To argument so we can modify it
1436     Value *OrigTo = To;
1437     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1438     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1439       // Process each struct element recursively
1440       Idxs.push_back(i);
1441       Value *PrevTo = To;
1442       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1443                              InsertBefore);
1444       Idxs.pop_back();
1445       if (!To) {
1446         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1447         while (PrevTo != OrigTo) {
1448           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1449           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1450           Del->eraseFromParent();
1451         }
1452         // Stop processing elements
1453         break;
1454       }
1455     }
1456     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1457     if (To)
1458       return To;
1459   }
1460   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1461   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1462   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1463   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1464   
1465   // Find the value that is at that particular spot
1466   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1467
1468   if (!V)
1469     return NULL;
1470
1471   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1472   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1473                                        "tmp", InsertBefore);
1474 }
1475
1476 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1477 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1478 // { a, { b, { c, d }, e } }
1479 // and the indices "1, 1" this returns
1480 // { c, d }.
1481 //
1482 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1483 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1484 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1485 // insertvalue instruction somewhere).
1486 //
1487 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1488 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1489                                 Instruction *InsertBefore) {
1490   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1491   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1492                                                              idx_range);
1493   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1494   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1495   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1496
1497   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1498 }
1499
1500 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1501 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1502 /// were inserted directly into the aggregrate.
1503 ///
1504 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1505 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1506 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1507                                Instruction *InsertBefore) {
1508   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1509   // recursion).
1510   if (idx_range.empty())
1511     return V;
1512   // We have indices, so V should have an indexable type.
1513   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1514          "Not looking at a struct or array?");
1515   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1516          "Invalid indices for type?");
1517
1518   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1519     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1520     if (C == 0) return 0;
1521     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1522   }
1523     
1524   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1525     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1526     // requested indices
1527     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1528     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1529          i != e; ++i, ++req_idx) {
1530       if (req_idx == idx_range.end()) {
1531         // We can't handle this without inserting insertvalues
1532         if (!InsertBefore)
1533           return 0;
1534
1535         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1536         // this specially. For example,
1537         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1538         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1539         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1540         // This can be changed into
1541         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1542         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1543         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1544         // removed.
1545         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1546                                  InsertBefore);
1547       }
1548       
1549       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1550       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1551       // looking for, then.
1552       if (*req_idx != *i)
1553         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1554                                  InsertBefore);
1555     }
1556     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1557     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1558     // the inserted value, passing any remaining indices.
1559     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1560                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1561                              InsertBefore);
1562   }
1563   
1564   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1565     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1566     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1567     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1568    
1569     // Calculate the number of indices required 
1570     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1571     // Allocate some space to put the new indices in
1572     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1573     Idxs.reserve(size);
1574     // Add indices from the extract value instruction
1575     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1576     
1577     // Add requested indices
1578     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1579
1580     assert(Idxs.size() == size 
1581            && "Number of indices added not correct?");
1582     
1583     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1584   }
1585   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1586   // or load instruction)
1587   return 0;
1588 }
1589
1590 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1591 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1592 /// base and offset to the caller.
1593 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1594                                               const TargetData &TD) {
1595   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
1596   if (PtrOp == 0 || Ptr->getType()->isVectorTy())
1597     return Ptr;
1598   
1599   // Just look through bitcasts.
1600   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
1601     return GetPointerBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
1602   
1603   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
1604   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
1605   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
1606   
1607   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1608   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
1609        ++I, ++GTI) {
1610     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
1611     if (OpC->isZero()) continue;
1612     
1613     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
1614     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1615       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
1616     } else {
1617       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
1618       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
1619     }
1620   }
1621   
1622   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
1623   // right.
1624   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
1625   if (PtrSize < 64)
1626     Offset = SignExtend64(Offset, PtrSize);
1627   
1628   return GetPointerBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
1629 }
1630
1631
1632 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1633 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1634 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1635 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1636                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1637   assert(V);
1638
1639   // Look through bitcast instructions and geps.
1640   V = V->stripPointerCasts();
1641   
1642   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1643   // offset.
1644   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1645     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1646     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1647       return false;
1648     
1649     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1650     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1651     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1652     if (AT == 0 || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1653       return false;
1654     
1655     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1656     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1657     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1658     if (FirstIdx == 0 || !FirstIdx->isZero())
1659       return false;
1660     
1661     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1662     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1663     // the string.
1664     uint64_t StartIdx = 0;
1665     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1666       StartIdx = CI->getZExtValue();
1667     else
1668       return false;
1669     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1670   }
1671
1672   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1673   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1674   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1675   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1676   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1677     return false;
1678
1679   // Handle the all-zeros case
1680   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1681     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1682     // length of the string must be zero.
1683     Str = "";
1684     return true;
1685   }
1686   
1687   // Must be a Constant Array
1688   const ConstantDataArray *Array =
1689     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1690   if (Array == 0 || !Array->isString())
1691     return false;
1692   
1693   // Get the number of elements in the array
1694   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1695
1696   // Start out with the entire array in the StringRef.
1697   Str = Array->getAsString();
1698
1699   if (Offset > NumElts)
1700     return false;
1701   
1702   // Skip over 'offset' bytes.
1703   Str = Str.substr(Offset);
1704   
1705   if (TrimAtNul) {
1706     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1707     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1708     // some other way that the string is length-bound.
1709     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1710   }
1711   return true;
1712 }
1713
1714 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1715 // nodes.
1716 // TODO: See if we can integrate these two together.
1717
1718 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1719 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1720 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1721   // Look through noop bitcast instructions.
1722   V = V->stripPointerCasts();
1723
1724   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1725   // or we haven't.
1726   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1727     if (!PHIs.insert(PN))
1728       return ~0ULL;  // already in the set.
1729
1730     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1731     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1732     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1733       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1734       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1735
1736       if (Len == ~0ULL) continue;
1737
1738       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1739         return 0;    // Disagree -> unknown.
1740       LenSoFar = Len;
1741     }
1742
1743     // Success, all agree.
1744     return LenSoFar;
1745   }
1746
1747   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1748   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1749     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1750     if (Len1 == 0) return 0;
1751     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1752     if (Len2 == 0) return 0;
1753     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1754     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1755     if (Len1 != Len2) return 0;
1756     return Len1;
1757   }
1758   
1759   // Otherwise, see if we can read the string.
1760   StringRef StrData;
1761   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1762     return 0;
1763
1764   return StrData.size()+1;
1765 }
1766
1767 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1768 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1769 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1770   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1771
1772   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1773   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1774   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1775   // an empty string as a length.
1776   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1777 }
1778
1779 Value *
1780 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const TargetData *TD, unsigned MaxLookup) {
1781   if (!V->getType()->isPointerTy())
1782     return V;
1783   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1784     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1785       V = GEP->getPointerOperand();
1786     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1787       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1788     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1789       if (GA->mayBeOverridden())
1790         return V;
1791       V = GA->getAliasee();
1792     } else {
1793       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1794       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1795         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1796         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, 0)) {
1797           V = Simplified;
1798           continue;
1799         }
1800
1801       return V;
1802     }
1803     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1804   }
1805   return V;
1806 }
1807
1808 void
1809 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
1810                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
1811                            const TargetData *TD,
1812                            unsigned MaxLookup) {
1813   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1814   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
1815   Worklist.push_back(V);
1816   do {
1817     Value *P = Worklist.pop_back_val();
1818     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
1819
1820     if (!Visited.insert(P))
1821       continue;
1822
1823     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
1824       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
1825       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
1826       continue;
1827     }
1828
1829     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
1830       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1831         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
1832       continue;
1833     }
1834
1835     Objects.push_back(P);
1836   } while (!Worklist.empty());
1837 }
1838
1839 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1840 /// are lifetime markers.
1841 ///
1842 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1843   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
1844        UI != UE; ++UI) {
1845     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(*UI);
1846     if (!II) return false;
1847
1848     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1849         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1850       return false;
1851   }
1852   return true;
1853 }
1854
1855 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1856                                         const TargetData *TD) {
1857   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1858   if (!Inst)
1859     return false;
1860
1861   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1862     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1863       if (C->canTrap())
1864         return false;
1865
1866   switch (Inst->getOpcode()) {
1867   default:
1868     return true;
1869   case Instruction::UDiv:
1870   case Instruction::URem:
1871     // x / y is undefined if y == 0, but calcuations like x / 3 are safe.
1872     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1873   case Instruction::SDiv:
1874   case Instruction::SRem: {
1875     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1876     // x / y is undefined if y == 0
1877     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1878       return false;
1879     // x / y might be undefined if y == -1
1880     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1881     if (BitWidth == 0)
1882       return false;
1883     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1884     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1885     ComputeMaskedBits(Op, KnownZero, KnownOne, TD);
1886     return !!KnownZero;
1887   }
1888   case Instruction::Load: {
1889     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
1890     if (!LI->isUnordered())
1891       return false;
1892     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer();
1893   }
1894   case Instruction::Call: {
1895    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1896      switch (II->getIntrinsicID()) {
1897        // These synthetic intrinsics have no side-effects, and just mark
1898        // information about their operands.
1899        // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
1900        // should be considered at least *safe* to speculate...
1901        case Intrinsic::dbg_declare:
1902        case Intrinsic::dbg_value:
1903          return true;
1904
1905        case Intrinsic::bswap:
1906        case Intrinsic::ctlz:
1907        case Intrinsic::ctpop:
1908        case Intrinsic::cttz:
1909        case Intrinsic::objectsize:
1910        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1911        case Intrinsic::smul_with_overflow:
1912        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1913        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1914        case Intrinsic::umul_with_overflow:
1915        case Intrinsic::usub_with_overflow:
1916          return true;
1917        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
1918        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
1919        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
1920        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
1921        default: break;
1922      }
1923    }
1924     return false; // The called function could have undefined behavior or
1925                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
1926   }
1927   case Instruction::VAArg:
1928   case Instruction::Alloca:
1929   case Instruction::Invoke:
1930   case Instruction::PHI:
1931   case Instruction::Store:
1932   case Instruction::Ret:
1933   case Instruction::Br:
1934   case Instruction::IndirectBr:
1935   case Instruction::Switch:
1936   case Instruction::Unreachable:
1937   case Instruction::Fence:
1938   case Instruction::LandingPad:
1939   case Instruction::AtomicRMW:
1940   case Instruction::AtomicCmpXchg:
1941   case Instruction::Resume:
1942     return false; // Misc instructions which have effects
1943   }
1944 }