[ValueTracking] Add a framework for encoding implication rules
[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/ADT/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/IR/CallSite.h"
23 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
29 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/Metadata.h"
34 #include "llvm/IR/Operator.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
39 #include <cstring>
40 using namespace llvm;
41 using namespace llvm::PatternMatch;
42
43 const unsigned MaxDepth = 6;
44
45 /// Enable an experimental feature to leverage information about dominating
46 /// conditions to compute known bits.  The individual options below control how
47 /// hard we search.  The defaults are chosen to be fairly aggressive.  If you
48 /// run into compile time problems when testing, scale them back and report
49 /// your findings.
50 static cl::opt<bool> EnableDomConditions("value-tracking-dom-conditions",
51                                          cl::Hidden, cl::init(false));
52
53 // This is expensive, so we only do it for the top level query value.
54 // (TODO: evaluate cost vs profit, consider higher thresholds)
55 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDepth("dom-conditions-max-depth",
56                                                cl::Hidden, cl::init(1));
57
58 /// How many dominating blocks should be scanned looking for dominating
59 /// conditions?
60 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDomBlocks("dom-conditions-dom-blocks",
61                                                    cl::Hidden,
62                                                    cl::init(20));
63
64 // Controls the number of uses of the value searched for possible
65 // dominating comparisons.
66 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
67                                               cl::Hidden, cl::init(20));
68
69 // If true, don't consider only compares whose only use is a branch.
70 static cl::opt<bool> DomConditionsSingleCmpUse("dom-conditions-single-cmp-use",
71                                                cl::Hidden, cl::init(false));
72
73 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
74 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
75 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
76   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
77     return BitWidth;
78
79   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
80 }
81
82 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
83 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
84 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
85 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
86 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
87 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
88 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
89 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
90 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
91
92 namespace {
93 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
94 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
95 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
96 // figuring out if we can use it.
97 struct Query {
98   ExclInvsSet ExclInvs;
99   AssumptionCache *AC;
100   const Instruction *CxtI;
101   const DominatorTree *DT;
102
103   Query(AssumptionCache *AC = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
104         const DominatorTree *DT = nullptr)
105       : AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
106
107   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
108       : ExclInvs(Q.ExclInvs), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
109     ExclInvs.insert(NewExcl);
110   }
111 };
112 } // end anonymous namespace
113
114 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
115 // the preferred context instruction (if any).
116 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
117   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
118   // it has been inserted).
119   if (CxtI && CxtI->getParent())
120     return CxtI;
121
122   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
123   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
124   if (CxtI && CxtI->getParent())
125     return CxtI;
126
127   return nullptr;
128 }
129
130 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
131                              const DataLayout &DL, unsigned Depth,
132                              const Query &Q);
133
134 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
135                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
136                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
137                             const DominatorTree *DT) {
138   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
139                      Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
140 }
141
142 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(Value *LHS, Value *RHS, const DataLayout &DL,
143                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
144                                const DominatorTree *DT) {
145   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
146          "LHS and RHS should have the same type");
147   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
148          "LHS and RHS should be integers");
149   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
150   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
151   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
152   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
153   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
154   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
155 }
156
157 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
158                            const DataLayout &DL, unsigned Depth,
159                            const Query &Q);
160
161 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
162                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
163                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
164                           const DominatorTree *DT) {
165   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
166                    Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
167 }
168
169 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
170                                    const Query &Q, const DataLayout &DL);
171
172 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, const DataLayout &DL, bool OrZero,
173                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
174                                   const Instruction *CxtI,
175                                   const DominatorTree *DT) {
176   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
177                                   Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT), DL);
178 }
179
180 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
181                            const Query &Q);
182
183 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
184                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
185                           const DominatorTree *DT) {
186   return ::isKnownNonZero(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
187 }
188
189 bool llvm::isKnownNonNegative(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
190                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
191                               const DominatorTree *DT) {
192   bool NonNegative, Negative;
193   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
194   return NonNegative;
195 }
196
197 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
198                            const Query &Q);
199
200 bool llvm::isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
201                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
202                           const DominatorTree *DT) {
203   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, DL, Query(AC,
204                                              safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
205                                              DT));
206 }
207
208 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
209                               unsigned Depth, const Query &Q);
210
211 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
212                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
213                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
214   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, DL, Depth,
215                              Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
216 }
217
218 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
219                                    unsigned Depth, const Query &Q);
220
221 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
222                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
223                                   const Instruction *CxtI,
224                                   const DominatorTree *DT) {
225   return ::ComputeNumSignBits(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
226 }
227
228 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
229                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
230                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
231                                    const DataLayout &DL, unsigned Depth,
232                                    const Query &Q) {
233   if (!Add) {
234     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
235       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
236       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
237       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
238       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
239         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
240         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
241         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
242         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
243         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
244
245         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
246         // output top bits are zero, because we now know that the output is
247         // from [0-C].
248         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
249           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
250           // Top bits known zero.
251           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
252         }
253       }
254     }
255   }
256
257   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
258
259   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
260   // corresponding bits in the operands are not needed.
261   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
262   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, Depth + 1, Q);
263   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
264
265   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
266   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
267   if (!Add) {
268     // Sum = LHS + ~RHS + 1
269     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
270     CarryIn.setBit(0);
271   }
272
273   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
274   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
275
276   // Compute known bits of the carry.
277   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
278   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
279
280   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
281   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
282   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
283   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
284   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
285
286   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
287          "known bits of sum differ");
288
289   // Compute known bits of the result.
290   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
291   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
292
293   // Are we still trying to solve for the sign bit?
294   if (!Known.isNegative()) {
295     if (NSW) {
296       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
297       // a non-negative one, can't wrap into negative.
298       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
299         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
300       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
301       // a negative one, can't wrap into non-negative.
302       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
303         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
304     }
305   }
306 }
307
308 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
309                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
310                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
311                                 const DataLayout &DL, unsigned Depth,
312                                 const Query &Q) {
313   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
314   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
315   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
316
317   bool isKnownNegative = false;
318   bool isKnownNonNegative = false;
319   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
320   if (NSW) {
321     if (Op0 == Op1) {
322       // The product of a number with itself is non-negative.
323       isKnownNonNegative = true;
324     } else {
325       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
326       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
327       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
328       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
329       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
330       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
331         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
332       // The product of a negative number and a non-negative number is either
333       // negative or zero.
334       if (!isKnownNonNegative)
335         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
336                            isKnownNonZero(Op0, DL, Depth, Q)) ||
337                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
338                            isKnownNonZero(Op1, DL, Depth, Q));
339     }
340   }
341
342   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
343   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
344   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
345   // interesting case of alignment computation.
346   KnownOne.clearAllBits();
347   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
348                     KnownZero2.countTrailingOnes();
349   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
350                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
351                              BitWidth) - BitWidth;
352
353   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
354   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
355   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
356               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
357
358   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
359   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
360   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
361   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
362   // whatever we like here.
363   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
364     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
365   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
366     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
367 }
368
369 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
370                                              APInt &KnownZero,
371                                              APInt &KnownOne) {
372   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
373   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
374   assert(NumRanges >= 1);
375
376   KnownZero.setAllBits();
377   KnownOne.setAllBits();
378
379   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
380     ConstantInt *Lower =
381         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
382     ConstantInt *Upper =
383         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
384     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
385
386     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
387     unsigned CommonPrefixBits =
388         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
389
390     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
391     KnownOne &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
392     KnownZero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
393   }
394 }
395
396 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
397   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
398   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
399   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
400
401   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
402   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
403   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
404   if (std::find(I->op_begin(), I->op_end(), E) != I->op_end())
405     return true;
406
407   while (!WorkSet.empty()) {
408     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
409     if (!Visited.insert(V).second)
410       continue;
411
412     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
413     if (std::all_of(V->user_begin(), V->user_end(),
414                     [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
415       if (V == E)
416         return true;
417
418       EphValues.insert(V);
419       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
420         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
421              J != JE; ++J) {
422           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
423             WorkSet.push_back(*J);
424         }
425     }
426   }
427
428   return false;
429 }
430
431 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
432 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
433   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
434     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
435       switch (F->getIntrinsicID()) {
436       default: break;
437       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
438       case Intrinsic::assume:
439       case Intrinsic::dbg_declare:
440       case Intrinsic::dbg_value:
441       case Intrinsic::invariant_start:
442       case Intrinsic::invariant_end:
443       case Intrinsic::lifetime_start:
444       case Intrinsic::lifetime_end:
445       case Intrinsic::objectsize:
446       case Intrinsic::ptr_annotation:
447       case Intrinsic::var_annotation:
448         return true;
449       }
450
451   return false;
452 }
453
454 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q) {
455   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
456
457   // There are two restrictions on the use of an assume:
458   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
459   //     reach the assume whenever it reaches the context).
460   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
461   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
462   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
463   //     the assume).
464
465   if (Q.DT) {
466     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
467       return true;
468     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
469       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
470       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
471       for (BasicBlock::const_iterator I =
472              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
473                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
474         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
475           return false;
476
477       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
478     }
479
480     return false;
481   }
482
483   // When we don't have a DT, we do a limited search...
484   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
485     return true;
486   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
487     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
488     // of the block); the common case is that the assume will come first.
489     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
490          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
491       if (&*I == Q.CxtI)
492         return true;
493
494     // The context must come first...
495     for (BasicBlock::const_iterator I =
496            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
497                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
498       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
499         return false;
500
501     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
502   }
503
504   return false;
505 }
506
507 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
508                                    const Instruction *CxtI,
509                                    const DominatorTree *DT) {
510   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction *>(I),
511                                    Query(nullptr, CxtI, DT));
512 }
513
514 template<typename LHS, typename RHS>
515 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
516                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
517 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
518   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
519 }
520
521 template<typename LHS, typename RHS>
522 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
523                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
524 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
525   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
526 }
527
528 template<typename LHS, typename RHS>
529 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
530                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
531 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
532   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
533 }
534
535 template<typename LHS, typename RHS>
536 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
537                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
538 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
539   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
540 }
541
542 /// Compute known bits in 'V' under the assumption that the condition 'Cmp' is
543 /// true (at the context instruction.)  This is mostly a utility function for
544 /// the prototype dominating conditions reasoning below.
545 static void computeKnownBitsFromTrueCondition(Value *V, ICmpInst *Cmp,
546                                               APInt &KnownZero,
547                                               APInt &KnownOne,
548                                               const DataLayout &DL,
549                                               unsigned Depth, const Query &Q) {
550   Value *LHS = Cmp->getOperand(0);
551   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
552   // TODO: We could potentially be more aggressive here.  This would be worth
553   // evaluating.  If we can, explore commoning this code with the assume
554   // handling logic.
555   if (LHS != V && RHS != V)
556     return;
557
558   const unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
559
560   switch (Cmp->getPredicate()) {
561   default:
562     // We know nothing from this condition
563     break;
564   // TODO: implement unsigned bound from below (known one bits)
565   // TODO: common condition check implementations with assumes
566   // TODO: implement other patterns from assume (e.g. V & B == A)
567   case ICmpInst::ICMP_SGT:
568     if (LHS == V) {
569       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
570       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
571       if (KnownOneTemp.isAllOnesValue() || KnownZeroTemp.isNegative()) {
572         // We know that the sign bit is zero.
573         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
574       }
575     }
576     break;
577   case ICmpInst::ICMP_EQ:
578     {
579       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
580       if (LHS == V)
581         computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
582       else if (RHS == V)
583         computeKnownBits(LHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
584       else
585         llvm_unreachable("missing use?");
586       KnownZero |= KnownZeroTemp;
587       KnownOne |= KnownOneTemp;
588     }
589     break;
590   case ICmpInst::ICMP_ULE:
591     if (LHS == V) {
592       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
593       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
594       // The known zero bits carry over
595       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
596       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
597     }
598     break;
599   case ICmpInst::ICMP_ULT:
600     if (LHS == V) {
601       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
602       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
603       // Whatever high bits in rhs are zero are known to be zero (if rhs is a
604       // power of 2, then one more).
605       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
606       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(RHS, false, Depth + 1, Query(Q, Cmp), DL))
607         SignBits++;
608       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
609     }
610     break;
611   };
612 }
613
614 /// Compute known bits in 'V' from conditions which are known to be true along
615 /// all paths leading to the context instruction.  In particular, look for
616 /// cases where one branch of an interesting condition dominates the context
617 /// instruction.  This does not do general dataflow.
618 /// NOTE: This code is EXPERIMENTAL and currently off by default.
619 static void computeKnownBitsFromDominatingCondition(Value *V, APInt &KnownZero,
620                                                     APInt &KnownOne,
621                                                     const DataLayout &DL,
622                                                     unsigned Depth,
623                                                     const Query &Q) {
624   // Need both the dominator tree and the query location to do anything useful
625   if (!Q.DT || !Q.CxtI)
626     return;
627   Instruction *Cxt = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
628   // The context instruction might be in a statically unreachable block.  If
629   // so, asking dominator queries may yield suprising results.  (e.g. the block
630   // may not have a dom tree node)
631   if (!Q.DT->isReachableFromEntry(Cxt->getParent()))
632     return;
633
634   // Avoid useless work
635   if (auto VI = dyn_cast<Instruction>(V))
636     if (VI->getParent() == Cxt->getParent())
637       return;
638
639   // Note: We currently implement two options.  It's not clear which of these
640   // will survive long term, we need data for that.
641   // Option 1 - Try walking the dominator tree looking for conditions which
642   // might apply.  This works well for local conditions (loop guards, etc..),
643   // but not as well for things far from the context instruction (presuming a
644   // low max blocks explored).  If we can set an high enough limit, this would
645   // be all we need.
646   // Option 2 - We restrict out search to those conditions which are uses of
647   // the value we're interested in.  This is independent of dom structure,
648   // but is slightly less powerful without looking through lots of use chains.
649   // It does handle conditions far from the context instruction (e.g. early
650   // function exits on entry) really well though.
651
652   // Option 1 - Search the dom tree
653   unsigned NumBlocksExplored = 0;
654   BasicBlock *Current = Cxt->getParent();
655   while (true) {
656     // Stop searching if we've gone too far up the chain
657     if (NumBlocksExplored >= DomConditionsMaxDomBlocks)
658       break;
659     NumBlocksExplored++;
660
661     if (!Q.DT->getNode(Current)->getIDom())
662       break;
663     Current = Q.DT->getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
664     if (!Current)
665       // found function entry
666       break;
667
668     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Current->getTerminator());
669     if (!BI || BI->isUnconditional())
670       continue;
671     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
672     if (!Cmp)
673       continue;
674
675     // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the context
676     // instruction.  Finding a condition where one path dominates the context
677     // isn't enough because both the true and false cases could merge before
678     // the context instruction we're actually interested in.  Instead, we need
679     // to ensure that the taken *edge* dominates the context instruction.  We
680     // know that the edge must be reachable since we started from a reachable
681     // block.
682     BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
683     BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
684     if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
685       continue;
686
687     computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
688                                       Q);
689   }
690
691   // Option 2 - Search the other uses of V
692   unsigned NumUsesExplored = 0;
693   for (auto U : V->users()) {
694     // Avoid massive lists
695     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
696       break;
697     NumUsesExplored++;
698     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
699     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
700     if (!Cmp)
701       continue;
702
703     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
704       continue;
705
706     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
707       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
708       if (!BI || BI->isUnconditional())
709         continue;
710       // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the
711       // context instruction.  Finding a condition where one path dominates
712       // the context isn't enough because both the true and false cases could
713       // merge before the context instruction we're actually interested in.
714       // Instead, we need to ensure that the taken *edge* dominates the context
715       // instruction. 
716       BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
717       BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
718       if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
719         continue;
720
721       computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
722                                         Q);
723     }
724   }
725 }
726
727 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
728                                        APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
729                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
730   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
731   // cannot use them!
732   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
733     return;
734
735   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
736
737   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptions()) {
738     if (!AssumeVH)
739       continue;
740     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
741     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
742            "Got assumption for the wrong function!");
743     if (Q.ExclInvs.count(I))
744       continue;
745
746     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
747     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
748     // runtime of ~O(#assumes * #values).
749
750     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
751            "must be an assume intrinsic");
752
753     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
754
755     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
756       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
757       KnownZero.clearAllBits();
758       KnownOne.setAllBits();
759       return;
760     }
761
762     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
763     if (Depth == MaxDepth)
764       continue;
765
766     Value *A, *B;
767     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
768                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
769                            m_BitCast(m_Specific(V))));
770
771     CmpInst::Predicate Pred;
772     ConstantInt *C;
773     // assume(v = a)
774     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
775         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
776       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
777       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
778       KnownZero |= RHSKnownZero;
779       KnownOne  |= RHSKnownOne;
780     // assume(v & b = a)
781     } else if (match(Arg,
782                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
783                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
784       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
785       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
786       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
787       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
788
789       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
790       // known bits from the RHS to V.
791       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
792       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
793     // assume(~(v & b) = a)
794     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
795                                    m_Value(A))) &&
796                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
797       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
798       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
799       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
800       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
801
802       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
803       // inverted known bits from the RHS to V.
804       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
805       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
806     // assume(v | b = a)
807     } else if (match(Arg,
808                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
809                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
810       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
811       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
812       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
813       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
814
815       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
816       // bits from the RHS to V.
817       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
818       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
819     // assume(~(v | b) = a)
820     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
821                                    m_Value(A))) &&
822                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
823       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
824       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
825       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
826       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
827
828       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
829       // inverted known bits from the RHS to V.
830       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
831       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
832     // assume(v ^ b = a)
833     } else if (match(Arg,
834                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
835                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
836       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
837       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
838       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
839       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
840
841       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
842       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
843       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
844       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
845       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
846       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
847       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
848     // assume(~(v ^ b) = a)
849     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
850                                    m_Value(A))) &&
851                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
852       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
853       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
854       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
855       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
856
857       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
858       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
859       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
860       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
861       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
862       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
863       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
864     // assume(v << c = a)
865     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
866                                    m_Value(A))) &&
867                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
868       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
869       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
870       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
871       // bits in V shifted to the right by C.
872       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
873       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
874     // assume(~(v << c) = a)
875     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
876                                    m_Value(A))) &&
877                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
878       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
879       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
880       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
881       // to known bits in V shifted to the right by C.
882       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
883       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
884     // assume(v >> c = a)
885     } else if (match(Arg,
886                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
887                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
888                               m_Value(A))) &&
889                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
890       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
891       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
892       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
893       // bits in V shifted to the right by C.
894       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
895       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
896     // assume(~(v >> c) = a)
897     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
898                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
899                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
900                                    m_Value(A))) &&
901                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
902       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
903       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
904       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
905       // to known bits in V shifted to the right by C.
906       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
907       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
908     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
909     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
910                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
911       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
912       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
913
914       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
915         // We know that the sign bit is zero.
916         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
917       }
918     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
919     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
920                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
921       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
922       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
923
924       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
925         // We know that the sign bit is zero.
926         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
927       }
928     // assume(v <=_s c) where c is negative
929     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
930                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
931       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
932       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
933
934       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
935         // We know that the sign bit is one.
936         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
937       }
938     // assume(v <_s c) where c is non-positive
939     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
940                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
941       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
942       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
943
944       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
945         // We know that the sign bit is one.
946         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
947       }
948     // assume(v <=_u c)
949     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
950                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
951       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
952       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
953
954       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
955       KnownZero |=
956         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
957     // assume(v <_u c)
958     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
959                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
960       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
961       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
962
963       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
964       // of 2, then one more).
965       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I), DL))
966         KnownZero |=
967           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
968       else
969         KnownZero |=
970           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
971     }
972   }
973 }
974
975 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
976 // non-constant shift amount. KnownZero and KnownOne are the outputs of this
977 // function. KnownZero2 and KnownOne2 are pre-allocated temporaries with the
978 // same bit width as KnownZero and KnownOne. KZF and KOF are operator-specific
979 // functors that, given the known-zero or known-one bits respectively, and a
980 // shift amount, compute the implied known-zero or known-one bits of the shift
981 // operator's result respectively for that shift amount. The results from calling
982 // KZF and KOF are conservatively combined for all permitted shift amounts.
983 template <typename KZFunctor, typename KOFunctor>
984 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(Operator *I,
985               APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
986               APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
987               const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q,
988               KZFunctor KZF, KOFunctor KOF) {
989   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
990
991   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
992     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
993
994     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
995     KnownZero = KZF(KnownZero, ShiftAmt);
996     KnownOne  = KOF(KnownOne, ShiftAmt);
997     return;
998   }
999
1000   computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1001
1002   // Note: We cannot use KnownZero.getLimitedValue() here, because if
1003   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
1004   // limit value (which implies all bits are known).
1005   uint64_t ShiftAmtKZ = KnownZero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1006   uint64_t ShiftAmtKO = KnownOne.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1007
1008   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
1009   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
1010   KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1011
1012   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
1013   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
1014   // only compute it when absolutely necessary.
1015   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
1016
1017   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
1018   if (!(ShiftAmtKZ & (BitWidth - 1)) && !(ShiftAmtKO & (BitWidth - 1))) {
1019     ShifterOperandIsNonZero =
1020         isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1021     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
1022       return;
1023   }
1024
1025   computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1026
1027   KnownZero = KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1028   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
1029     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
1030     // compatible with its known constraints.
1031     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
1032       continue;
1033     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
1034       continue;
1035     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
1036     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
1037     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
1038     if (ShiftAmt == 0) {
1039       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
1040         ShifterOperandIsNonZero =
1041             isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1042       if (*ShifterOperandIsNonZero)
1043         continue;
1044     }
1045
1046     KnownZero &= KZF(KnownZero2, ShiftAmt);
1047     KnownOne  &= KOF(KnownOne2, ShiftAmt);
1048   }
1049
1050   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
1051   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
1052   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
1053   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
1054   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
1055   if ((KnownZero & KnownOne) != 0)
1056     KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1057 }
1058
1059 static void computeKnownBitsFromOperator(Operator *I, APInt &KnownZero,
1060                                          APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
1061                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
1062   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1063
1064   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
1065   switch (I->getOpcode()) {
1066   default: break;
1067   case Instruction::Load:
1068     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1069       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1070     break;
1071   case Instruction::And: {
1072     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
1073     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1074     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1075
1076     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
1077     KnownOne &= KnownOne2;
1078     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
1079     KnownZero |= KnownZero2;
1080     break;
1081   }
1082   case Instruction::Or: {
1083     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1084     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1085
1086     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
1087     KnownZero &= KnownZero2;
1088     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
1089     KnownOne |= KnownOne2;
1090     break;
1091   }
1092   case Instruction::Xor: {
1093     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1094     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1095
1096     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
1097     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
1098     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
1099     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
1100     KnownZero = KnownZeroOut;
1101     break;
1102   }
1103   case Instruction::Mul: {
1104     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1105     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
1106                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1107     break;
1108   }
1109   case Instruction::UDiv: {
1110     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1111     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1112     // be less than the denominator.
1113     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1114     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
1115
1116     KnownOne2.clearAllBits();
1117     KnownZero2.clearAllBits();
1118     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1119     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
1120     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
1121       LeadZ = std::min(BitWidth,
1122                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
1123
1124     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
1125     break;
1126   }
1127   case Instruction::Select:
1128     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1129     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1130
1131     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1132     KnownOne &= KnownOne2;
1133     KnownZero &= KnownZero2;
1134     break;
1135   case Instruction::FPTrunc:
1136   case Instruction::FPExt:
1137   case Instruction::FPToUI:
1138   case Instruction::FPToSI:
1139   case Instruction::SIToFP:
1140   case Instruction::UIToFP:
1141     break; // Can't work with floating point.
1142   case Instruction::PtrToInt:
1143   case Instruction::IntToPtr:
1144   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
1145     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
1146   case Instruction::ZExt:
1147   case Instruction::Trunc: {
1148     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1149
1150     unsigned SrcBitWidth;
1151     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1152     // which fall through here.
1153     SrcBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1154
1155     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1156     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1157     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1158     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1159     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1160     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1161     // Any top bits are known to be zero.
1162     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1163       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1164     break;
1165   }
1166   case Instruction::BitCast: {
1167     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1168     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy() ||
1169          SrcTy->isFloatingPointTy()) &&
1170         // TODO: For now, not handling conversions like:
1171         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1172         !I->getType()->isVectorTy()) {
1173       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1174       break;
1175     }
1176     break;
1177   }
1178   case Instruction::SExt: {
1179     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1180     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1181
1182     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1183     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1184     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1185     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
1186     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
1187
1188     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1189     // top bits of the result.
1190     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1191       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1192     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1193       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1194     break;
1195   }
1196   case Instruction::Shl: {
1197     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1198     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1199       return (KnownZero << ShiftAmt) |
1200              APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // Low bits known 0.
1201     };
1202
1203     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1204       return KnownOne << ShiftAmt;
1205     };
1206
1207     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1208                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1209                                       KZF, KOF);
1210     break;
1211   }
1212   case Instruction::LShr: {
1213     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1214     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1215       return APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt) |
1216              // High bits known zero.
1217              APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1218     };
1219
1220     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1221       return APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1222     };
1223
1224     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1225                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1226                                       KZF, KOF);
1227     break;
1228   }
1229   case Instruction::AShr: {
1230     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1231     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1232       return APIntOps::ashr(KnownZero, ShiftAmt);
1233     };
1234
1235     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1236       return APIntOps::ashr(KnownOne, ShiftAmt);
1237     };
1238
1239     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1240                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1241                                       KZF, KOF);
1242     break;
1243   }
1244   case Instruction::Sub: {
1245     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1246     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1247                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1248                            Depth, Q);
1249     break;
1250   }
1251   case Instruction::Add: {
1252     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1253     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1254                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1255                            Depth, Q);
1256     break;
1257   }
1258   case Instruction::SRem:
1259     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1260       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1261       if (RA.isPowerOf2()) {
1262         APInt LowBits = RA - 1;
1263         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1,
1264                          Q);
1265
1266         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1267         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1268         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1269
1270         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1271         // the upper bits are all zero.
1272         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1273           KnownZero |= ~LowBits;
1274
1275         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1276         // the upper bits are all one.
1277         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1278           KnownOne |= ~LowBits;
1279
1280         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1281       }
1282     }
1283
1284     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1285     // remainder is zero.
1286     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1287       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1288       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL,
1289                        Depth + 1, Q);
1290       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1291       if (LHSKnownZero.isNegative())
1292         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1293     }
1294
1295     break;
1296   case Instruction::URem: {
1297     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1298       APInt RA = Rem->getValue();
1299       if (RA.isPowerOf2()) {
1300         APInt LowBits = (RA - 1);
1301         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
1302                          Q);
1303         KnownZero |= ~LowBits;
1304         KnownOne &= LowBits;
1305         break;
1306       }
1307     }
1308
1309     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1310     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1311     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1312     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1313
1314     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1315                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1316     KnownOne.clearAllBits();
1317     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1318     break;
1319   }
1320
1321   case Instruction::Alloca: {
1322     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1323     unsigned Align = AI->getAlignment();
1324     if (Align == 0)
1325       Align = DL.getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1326
1327     if (Align > 0)
1328       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1329     break;
1330   }
1331   case Instruction::GetElementPtr: {
1332     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1333     // to determine if we can prove known low zero bits.
1334     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1335     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL,
1336                      Depth + 1, Q);
1337     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1338
1339     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1340     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1341       Value *Index = I->getOperand(i);
1342       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1343         // Handle struct member offset arithmetic.
1344
1345         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1346         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1347         if (CIndex->isZeroValue())
1348           continue;
1349
1350         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1351           Index = CIndex->getSplatValue();
1352
1353         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1354         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1355         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1356         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1357                                     countTrailingZeros(Offset));
1358       } else {
1359         // Handle array index arithmetic.
1360         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1361         if (!IndexedTy->isSized()) {
1362           TrailZ = 0;
1363           break;
1364         }
1365         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1366         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1367         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1368         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL, Depth + 1,
1369                          Q);
1370         TrailZ = std::min(TrailZ,
1371                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1372                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1373       }
1374     }
1375
1376     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1377     break;
1378   }
1379   case Instruction::PHI: {
1380     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1381     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1382     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1383     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1384     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1385       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1386         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1387         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1388         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1389         if (!LU)
1390           continue;
1391         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1392         // Check for operations that have the property that if
1393         // both their operands have low zero bits, the result
1394         // will have low zero bits.
1395         if (Opcode == Instruction::Add ||
1396             Opcode == Instruction::Sub ||
1397             Opcode == Instruction::And ||
1398             Opcode == Instruction::Or ||
1399             Opcode == Instruction::Mul) {
1400           Value *LL = LU->getOperand(0);
1401           Value *LR = LU->getOperand(1);
1402           // Find a recurrence.
1403           if (LL == I)
1404             L = LR;
1405           else if (LR == I)
1406             L = LL;
1407           else
1408             break;
1409           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1410           // zero bits.
1411           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1412
1413           // We need to take the minimum number of known bits
1414           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1415           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, DL, Depth + 1, Q);
1416
1417           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1418                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1419                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1420           break;
1421         }
1422       }
1423     }
1424
1425     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1426     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1427       break;
1428
1429     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1430     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1431     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1432       // Skip if every incoming value references to ourself.
1433       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1434         break;
1435
1436       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1437       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1438       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1439         // Skip direct self references.
1440         if (IncValue == P) continue;
1441
1442         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1443         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1444         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1445         // want to waste time spinning around in loops.
1446         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1447                          MaxDepth - 1, Q);
1448         KnownZero &= KnownZero2;
1449         KnownOne &= KnownOne2;
1450         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1451         // more operands.
1452         if (!KnownZero && !KnownOne)
1453           break;
1454       }
1455     }
1456     break;
1457   }
1458   case Instruction::Call:
1459   case Instruction::Invoke:
1460     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1461       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1462     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1463     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1464     // the intrinsic.
1465     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1466       switch (II->getIntrinsicID()) {
1467       default: break;
1468       case Intrinsic::bswap:
1469         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1470                          Depth + 1, Q);
1471         KnownZero |= KnownZero2.byteSwap();
1472         KnownOne |= KnownOne2.byteSwap();
1473         break;
1474       case Intrinsic::ctlz:
1475       case Intrinsic::cttz: {
1476         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1477         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1478         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1479           LowBits -= 1;
1480         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1481         break;
1482       }
1483       case Intrinsic::ctpop: {
1484         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1485                          Depth + 1, Q);
1486         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1487         // can't contribute to the population.
1488         unsigned BitsPossiblySet = BitWidth - KnownZero2.countPopulation();
1489         unsigned LeadingZeros =
1490           APInt(BitWidth, BitsPossiblySet).countLeadingZeros();
1491         assert(LeadingZeros <= BitWidth);
1492         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadingZeros);
1493         KnownOne &= ~KnownZero;
1494         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1495         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1496         break;
1497       }
1498       case Intrinsic::fabs: {
1499         Type *Ty = II->getType();
1500         APInt SignBit = APInt::getSignBit(Ty->getScalarSizeInBits());
1501         KnownZero |= APInt::getSplat(Ty->getPrimitiveSizeInBits(), SignBit);
1502         break;
1503       }
1504       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1505         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1506         break;
1507       }
1508     }
1509     break;
1510   case Instruction::ExtractValue:
1511     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1512       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1513       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1514       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1515         switch (II->getIntrinsicID()) {
1516         default: break;
1517         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1518         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1519           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1520                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1521                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1522           break;
1523         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1524         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1525           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1526                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1527                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1528           break;
1529         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1530         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1531           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1532                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1533                               Depth, Q);
1534           break;
1535         }
1536       }
1537     }
1538   }
1539 }
1540
1541 static unsigned getAlignment(const Value *V, const DataLayout &DL) {
1542   unsigned Align = 0;
1543   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
1544     Align = GO->getAlignment();
1545     if (Align == 0) {
1546       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
1547         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
1548         if (ObjectType->isSized()) {
1549           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
1550           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
1551           // may only have the minimum ABI alignment.
1552           if (GVar->isStrongDefinitionForLinker())
1553             Align = DL.getPreferredAlignment(GVar);
1554           else
1555             Align = DL.getABITypeAlignment(ObjectType);
1556         }
1557       }
1558     }
1559   } else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
1560     Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
1561
1562     if (!Align && A->hasStructRetAttr()) {
1563       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
1564       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
1565       if (EltTy->isSized())
1566         Align = DL.getABITypeAlignment(EltTy);
1567     }
1568   } else if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
1569     Align = AI->getAlignment();
1570   else if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
1571     Align = CS.getAttributes().getParamAlignment(AttributeSet::ReturnIndex);
1572   else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
1573     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_align)) {
1574       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
1575       Align = CI->getLimitedValue();
1576     }
1577
1578   return Align;
1579 }
1580
1581 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1582 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1583 ///
1584 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1585 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1586 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1587 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1588 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1589 /// this won't lose us code quality.
1590 ///
1591 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1592 /// type, and vectors of integers.  In the case
1593 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1594 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1595 /// for all of the elements in the vector.
1596 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1597                       const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1598   assert(V && "No Value?");
1599   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1600   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1601
1602   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1603           V->getType()->isFPOrFPVectorTy() ||
1604           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1605          "Not integer, floating point, or pointer type!");
1606   assert((DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1607          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1608           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1609          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1610          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1611          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1612
1613   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1614     // We know all of the bits for a constant!
1615     KnownOne = CI->getValue();
1616     KnownZero = ~KnownOne;
1617     return;
1618   }
1619   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1620   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
1621       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1622     KnownOne.clearAllBits();
1623     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1624     return;
1625   }
1626   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1627   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
1628   // we don't handle undef in any particularly useful way.
1629   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1630     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1631     // each element.
1632     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1633     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1634     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1635       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1636       KnownZero &= ~Elt;
1637       KnownOne &= Elt;
1638     }
1639     return;
1640   }
1641
1642   // Start out not knowing anything.
1643   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1644
1645   // Limit search depth.
1646   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1647   if (Depth == MaxDepth)
1648     return;
1649
1650   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1651   // the bits of its aliasee.
1652   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1653     if (!GA->mayBeOverridden())
1654       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1655     return;
1656   }
1657
1658   if (Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1659     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1660
1661   // Aligned pointers have trailing zeros - refine KnownZero set
1662   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1663     unsigned Align = getAlignment(V, DL);
1664     if (Align)
1665       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1666   }
1667
1668   // computeKnownBitsFromAssume and computeKnownBitsFromDominatingCondition
1669   // strictly refines KnownZero and KnownOne. Therefore, we run them after
1670   // computeKnownBitsFromOperator.
1671
1672   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1673   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1674
1675   // Check whether there's a dominating condition which implies something about
1676   // this value at the given context.
1677   if (EnableDomConditions && Depth <= DomConditionsMaxDepth)
1678     computeKnownBitsFromDominatingCondition(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
1679                                             Q);
1680
1681   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1682 }
1683
1684 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1685 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1686 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1687                     const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1688   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), DL);
1689   if (!BitWidth) {
1690     KnownZero = false;
1691     KnownOne = false;
1692     return;
1693   }
1694   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1695   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1696   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, DL, Depth, Q);
1697   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1698   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1699 }
1700
1701 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1702 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1703 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1704 /// types and vectors of integers.
1705 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1706                             const Query &Q, const DataLayout &DL) {
1707   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1708     if (C->isNullValue())
1709       return OrZero;
1710     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1711       return CI->getValue().isPowerOf2();
1712     // TODO: Handle vector constants.
1713   }
1714
1715   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1716   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1717   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1718     return true;
1719
1720   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1721   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1722   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1723     return true;
1724
1725   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1726   if (Depth++ == MaxDepth)
1727     return false;
1728
1729   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1730   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
1731   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1732                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
1733     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL);
1734
1735   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1736     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q, DL);
1737
1738   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1739     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q, DL) &&
1740            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q, DL);
1741
1742   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1743     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1744     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL) ||
1745         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL))
1746       return true;
1747     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1748     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1749       return true;
1750     return false;
1751   }
1752
1753   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1754   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1755   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1756     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1757     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1758       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1759           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1760         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q, DL))
1761           return true;
1762       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1763           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1764         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q, DL))
1765           return true;
1766
1767       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1768       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1769       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, DL, Depth, Q);
1770
1771       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1772       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, DL, Depth, Q);
1773       // If i8 V is a power of two or zero:
1774       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1775       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1776       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1777         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1778         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1779         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1780           return true;
1781     }
1782   }
1783
1784   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1785   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1786   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1787   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1788       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1789     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1790                                   Depth, Q, DL);
1791   }
1792
1793   return false;
1794 }
1795
1796 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1797 ///
1798 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1799 /// to be non-null.
1800 ///
1801 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1802 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout &DL,
1803                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1804   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1805     return false;
1806
1807   // FIXME: Support vector-GEPs.
1808   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1809
1810   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1811   // inbounds GEP in address space zero.
1812   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1813     return true;
1814
1815   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1816   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1817   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1818   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1819        GTI != GTE; ++GTI) {
1820     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1821     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1822       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1823       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1824       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1825       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1826       if (ElementOffset > 0)
1827         return true;
1828       continue;
1829     }
1830
1831     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1832     if (DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1833       continue;
1834
1835     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1836     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1837     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1838       if (!OpC->isZero())
1839         return true;
1840       continue;
1841     }
1842
1843     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1844     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1845     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1846     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1847     // of depth.
1848     if (Depth++ >= MaxDepth)
1849       continue;
1850
1851     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1852       return true;
1853   }
1854
1855   return false;
1856 }
1857
1858 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1859 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1860 /// is the type of the value described by the range.
1861 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1862                                        const APInt& Value) {
1863   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1864   assert(NumRanges >= 1);
1865   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1866     ConstantInt *Lower =
1867         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1868     ConstantInt *Upper =
1869         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1870     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1871     if (Range.contains(Value))
1872       return false;
1873   }
1874   return true;
1875 }
1876
1877 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1878 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1879 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1880 /// integers.
1881 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
1882                     const Query &Q) {
1883   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1884     if (C->isNullValue())
1885       return false;
1886     if (isa<ConstantInt>(C))
1887       // Must be non-zero due to null test above.
1888       return true;
1889     // TODO: Handle vectors
1890     return false;
1891   }
1892
1893   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1894     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1895       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1896       // definitely non-zero.
1897       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1898         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1899         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1900           return true;
1901       }
1902     }
1903   }
1904
1905   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1906   if (Depth++ >= MaxDepth)
1907     return false;
1908
1909   // Check for pointer simplifications.
1910   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1911     if (isKnownNonNull(V))
1912       return true; 
1913     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1914       if (isGEPKnownNonNull(GEP, DL, Depth, Q))
1915         return true;
1916   }
1917
1918   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), DL);
1919
1920   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1921   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1922   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1923     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q);
1924
1925   // ext X != 0 if X != 0.
1926   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1927     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), DL, Depth, Q);
1928
1929   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1930   // if the lowest bit is shifted off the end.
1931   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1932     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1933     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1934     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1935       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1936
1937     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1938     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1939     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1940     if (KnownOne[0])
1941       return true;
1942   }
1943   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1944   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1945   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1946     // shr exact can only shift out zero bits.
1947     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1948     if (BO->isExact())
1949       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1950
1951     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1952     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1953     if (XKnownNegative)
1954       return true;
1955
1956     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1957     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1958     // non-zero bit must remain.
1959     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1960       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1961       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1962       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1963       
1964       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1965       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1966       if (KnownOne.countLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1967         return true;
1968       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1969       if (KnownZero.countTrailingOnes() >= ShiftVal)
1970         return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1971     }
1972   }
1973   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1974   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1975     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1976   }
1977   // X + Y.
1978   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1979     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1980     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1981     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1982     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, DL, Depth, Q);
1983
1984     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1985     // zero unless both X and Y are zero.
1986     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1987       if (isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
1988         return true;
1989
1990     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1991     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1992     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1993       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1994       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1995       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1996       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1997       // to INT_MIN.
1998       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1999       if ((KnownOne & Mask) != 0)
2000         return true;
2001       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
2002       // to INT_MIN.
2003       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2004       if ((KnownOne & Mask) != 0)
2005         return true;
2006     }
2007
2008     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
2009     if (XKnownNonNegative &&
2010         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2011       return true;
2012     if (YKnownNonNegative &&
2013         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2014       return true;
2015   }
2016   // X * Y.
2017   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2018     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2019     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
2020     // does not overflow.
2021     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
2022         isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
2023       return true;
2024   }
2025   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
2026   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2027     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), DL, Depth, Q) &&
2028         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), DL, Depth, Q))
2029       return true;
2030   }
2031   // PHI
2032   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2033     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
2034     // starting value, as these are common as induction variables.
2035     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
2036       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
2037       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
2038       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
2039         std::swap(Start, Induction);
2040       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
2041         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
2042           ConstantInt *X;
2043           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
2044                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
2045               !X->isNegative())
2046             return true;
2047         }
2048       }
2049     }
2050   }
2051
2052   if (!BitWidth) return false;
2053   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2054   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2055   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2056   return KnownOne != 0;
2057 }
2058
2059 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2060 static bool isAddOfNonZero(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2061                            const Query &Q) {
2062   BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2063   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2064     return false;
2065   Value *Op = nullptr;
2066   if (V2 == BO->getOperand(0))
2067     Op = BO->getOperand(1);
2068   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2069     Op = BO->getOperand(0);
2070   else
2071     return false;
2072   return isKnownNonZero(Op, DL, 0, Q);
2073 }
2074
2075 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2076 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2077                             const Query &Q) {
2078   if (V1->getType()->isVectorTy() || V1 == V2)
2079     return false;
2080   if (V1->getType() != V2->getType())
2081     // We can't look through casts yet.
2082     return false;
2083   if (isAddOfNonZero(V1, V2, DL, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, DL, Q))
2084     return true;
2085
2086   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V1->getType())) {
2087     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2088     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2089     auto BitWidth = Ty->getBitWidth();
2090     APInt KnownZero1(BitWidth, 0);
2091     APInt KnownOne1(BitWidth, 0);
2092     computeKnownBits(V1, KnownZero1, KnownOne1, DL, 0, Q);
2093     APInt KnownZero2(BitWidth, 0);
2094     APInt KnownOne2(BitWidth, 0);
2095     computeKnownBits(V2, KnownZero2, KnownOne2, DL, 0, Q);
2096
2097     auto OppositeBits = (KnownZero1 & KnownOne2) | (KnownZero2 & KnownOne1);
2098     if (OppositeBits.getBoolValue())
2099       return true;
2100   }
2101   return false;
2102 }
2103
2104 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2105 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2106 /// cannot have.
2107 ///
2108 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2109 /// type, and vectors of integers.  In the case
2110 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2111 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2112 /// for all of the elements in the vector.
2113 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
2114                        unsigned Depth, const Query &Q) {
2115   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
2116   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2117   return (KnownZero & Mask) == Mask;
2118 }
2119
2120
2121
2122 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2123 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2124 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2125 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2126 /// other, so we return 3.
2127 ///
2128 /// 'Op' must have a scalar integer type.
2129 ///
2130 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
2131                             const Query &Q) {
2132   unsigned TyBits = DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2133   unsigned Tmp, Tmp2;
2134   unsigned FirstAnswer = 1;
2135
2136   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2137   // below.
2138
2139   if (Depth == 6)
2140     return 1;  // Limit search depth.
2141
2142   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2143   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2144   default: break;
2145   case Instruction::SExt:
2146     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2147     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q) + Tmp;
2148
2149   case Instruction::SDiv: {
2150     const APInt *Denominator;
2151     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2152     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2153
2154       // Ignore non-positive denominator.
2155       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2156         break;
2157
2158       // Calculate the incoming numerator bits.
2159       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2160
2161       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2162       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2163     }
2164     break;
2165   }
2166
2167   case Instruction::SRem: {
2168     const APInt *Denominator;
2169     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2170     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2171     // bits.
2172     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2173
2174       // Ignore non-positive denominator.
2175       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2176         break;
2177
2178       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2179       // can't lower the number of sign bits.
2180       unsigned NumrBits =
2181           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2182
2183       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2184       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2185       // cases:
2186       //
2187       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2188       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2189       //
2190       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2191       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2192       //
2193       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2194       // ceilLogBase2(C)`.
2195
2196       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2197       return std::max(NumrBits, ResBits);
2198     }
2199     break;
2200   }
2201
2202   case Instruction::AShr: {
2203     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2204     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2205     const APInt *ShAmt;
2206     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2207       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
2208       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2209     }
2210     return Tmp;
2211   }
2212   case Instruction::Shl: {
2213     const APInt *ShAmt;
2214     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2215       // shl destroys sign bits.
2216       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2217       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2218       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2219           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2220       return Tmp - Tmp2;
2221     }
2222     break;
2223   }
2224   case Instruction::And:
2225   case Instruction::Or:
2226   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2227     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2228     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2229     if (Tmp != 1) {
2230       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2231       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2232       // We computed what we know about the sign bits as our first
2233       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2234       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2235     }
2236     break;
2237
2238   case Instruction::Select:
2239     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2240     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2241     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), DL, Depth + 1, Q);
2242     return std::min(Tmp, Tmp2);
2243
2244   case Instruction::Add:
2245     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2246     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2247     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2248     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2249
2250     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2251     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2252       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2253         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2254         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2255                          Q);
2256
2257         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2258         // sign bits set.
2259         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2260           return TyBits;
2261
2262         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2263         // out of the result.
2264         if (KnownZero.isNegative())
2265           return Tmp;
2266       }
2267
2268     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2269     if (Tmp2 == 1) return 1;
2270     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2271
2272   case Instruction::Sub:
2273     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2274     if (Tmp2 == 1) return 1;
2275
2276     // Handle NEG.
2277     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2278       if (CLHS->isNullValue()) {
2279         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2280         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2281                          Q);
2282         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2283         // sign bits set.
2284         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2285           return TyBits;
2286
2287         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2288         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2289         if (KnownZero.isNegative())
2290           return Tmp2;
2291
2292         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2293       }
2294
2295     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2296     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2297     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2298     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2299     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2300
2301   case Instruction::PHI: {
2302     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2303     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2304     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2305     if (NumIncomingValues > 4) break;
2306     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2307     if (NumIncomingValues == 0) break;
2308
2309     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2310     // because of our depth threshold.
2311     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), DL, Depth + 1, Q);
2312     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2313       if (Tmp == 1) return Tmp;
2314       Tmp = std::min(
2315           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), DL, Depth + 1, Q));
2316     }
2317     return Tmp;
2318   }
2319
2320   case Instruction::Trunc:
2321     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2322     // case for targets like X86.
2323     break;
2324   }
2325
2326   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2327   // use this information.
2328   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2329   APInt Mask;
2330   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2331
2332   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
2333     Mask = KnownZero;
2334   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
2335     Mask = KnownOne;
2336   } else {
2337     // Nothing known.
2338     return FirstAnswer;
2339   }
2340
2341   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
2342   // the number of identical bits in the top of the input value.
2343   Mask = ~Mask;
2344   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
2345   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
2346   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
2347   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
2348 }
2349
2350 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2351 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2352 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2353 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2354 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2355                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2356   const unsigned MaxDepth = 6;
2357
2358   assert(V && "No Value?");
2359   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2360   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2361
2362   Type *T = V->getType();
2363
2364   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2365
2366   if (Base == 0)
2367     return false;
2368
2369   if (Base == 1) {
2370     Multiple = V;
2371     return true;
2372   }
2373
2374   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2375   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2376   if (CO && CO == BaseVal) {
2377     // Multiple is 1.
2378     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2379     return true;
2380   }
2381
2382   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2383     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2384     return true;
2385   }
2386
2387   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2388
2389   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2390   if (!I) return false;
2391
2392   switch (I->getOpcode()) {
2393   default: break;
2394   case Instruction::SExt:
2395     if (!LookThroughSExt) return false;
2396     // otherwise fall through to ZExt
2397   case Instruction::ZExt:
2398     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2399                            LookThroughSExt, Depth+1);
2400   case Instruction::Shl:
2401   case Instruction::Mul: {
2402     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2403     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2404
2405     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2406       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2407       if (!Op1CI) return false;
2408       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2409       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2410       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2411       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2412       API.setBit(BitToSet);
2413       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2414     }
2415
2416     Value *Mul0 = nullptr;
2417     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2418       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2419         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2420           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2421               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2422             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2423           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2424               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2425             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2426
2427           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2428           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2429           return true;
2430         }
2431
2432       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2433         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2434           // V == Base * Op1, so return Op1
2435           Multiple = Op1;
2436           return true;
2437         }
2438     }
2439
2440     Value *Mul1 = nullptr;
2441     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2442       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2443         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2444           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2445               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2446             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2447           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2448               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2449             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2450
2451           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2452           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2453           return true;
2454         }
2455
2456       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2457         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2458           // V == Base * Op0, so return Op0
2459           Multiple = Op0;
2460           return true;
2461         }
2462     }
2463   }
2464   }
2465
2466   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2467   return false;
2468 }
2469
2470 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2471 /// -0.0.
2472 ///
2473 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2474 /// rounding modes!
2475 ///
2476 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2477   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2478     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2479
2480   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2481   // used similarly in CannotBeOrderedLessThanZero(). A better fix may be to
2482   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2483   if (Depth == 6)
2484     return false;  // Limit search depth.
2485
2486   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2487   if (!I) return false;
2488
2489   // Check if the nsz fast-math flag is set
2490   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2491     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2492       return true;
2493
2494   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2495   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2496     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2497       if (CFP->isNullValue())
2498         return true;
2499
2500   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2501   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2502     return true;
2503
2504   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2505     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2506     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2507       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2508
2509   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2510     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2511       if (F->isDeclaration()) {
2512         // abs(x) != -0.0
2513         if (F->getName() == "abs") return true;
2514         // fabs[lf](x) != -0.0
2515         if (F->getName() == "fabs") return true;
2516         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2517         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2518         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2519             F->getName() == "sqrtl")
2520           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2521       }
2522     }
2523
2524   return false;
2525 }
2526
2527 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2528   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2529     return !CFP->getValueAPF().isNegative() || CFP->getValueAPF().isZero();
2530
2531   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2532   // used similarly in CannotBeNegativeZero(). A better fix may be to
2533   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2534   if (Depth == 6)
2535     return false;  // Limit search depth.
2536
2537   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2538   if (!I) return false;
2539
2540   switch (I->getOpcode()) {
2541   default: break;
2542   case Instruction::FMul:
2543     // x*x is always non-negative or a NaN.
2544     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1)) 
2545       return true;
2546     // Fall through
2547   case Instruction::FAdd:
2548   case Instruction::FDiv:
2549   case Instruction::FRem:
2550     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1) &&
2551            CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(1), Depth+1);
2552   case Instruction::FPExt:
2553   case Instruction::FPTrunc:
2554     // Widening/narrowing never change sign.
2555     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2556   case Instruction::Call: 
2557     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) 
2558       switch (II->getIntrinsicID()) {
2559       default: break;
2560       case Intrinsic::exp:
2561       case Intrinsic::exp2:
2562       case Intrinsic::fabs:
2563       case Intrinsic::sqrt:
2564         return true;
2565       case Intrinsic::powi: 
2566         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2567           // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2568           if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2569             return true;
2570         }
2571         return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2572       case Intrinsic::fma:
2573       case Intrinsic::fmuladd:
2574         // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2575         return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) && 
2576                CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(2), Depth+1);
2577       }
2578     break;
2579   }
2580   return false; 
2581 }
2582
2583 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2584 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2585 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2586 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2587 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2588 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2589   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2590   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2591
2592   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2593   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2594     if (C->isNullValue())
2595       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2596
2597   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2598   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2599   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2600     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2601       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2602     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2603       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2604     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2605   }
2606
2607   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2608   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2609     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2610       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2611
2612       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2613         return nullptr;
2614       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2615     }
2616   }
2617
2618   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2619   // also splatable.
2620   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2621     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2622     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2623     if (!Val)
2624       return nullptr;
2625
2626     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2627       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2628         return nullptr;
2629
2630     return Val;
2631   }
2632
2633   // Conceptually, we could handle things like:
2634   //   %a = zext i8 %X to i16
2635   //   %b = shl i16 %a, 8
2636   //   %c = or i16 %a, %b
2637   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2638   // worth worrying about.
2639   return nullptr;
2640 }
2641
2642
2643 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2644 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2645 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2646 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2647 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2648 // build on that.
2649 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2650                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2651                                 unsigned IdxSkip,
2652                                 Instruction *InsertBefore) {
2653   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2654   if (STy) {
2655     // Save the original To argument so we can modify it
2656     Value *OrigTo = To;
2657     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2658     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2659       // Process each struct element recursively
2660       Idxs.push_back(i);
2661       Value *PrevTo = To;
2662       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2663                              InsertBefore);
2664       Idxs.pop_back();
2665       if (!To) {
2666         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2667         while (PrevTo != OrigTo) {
2668           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2669           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2670           Del->eraseFromParent();
2671         }
2672         // Stop processing elements
2673         break;
2674       }
2675     }
2676     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2677     if (To)
2678       return To;
2679   }
2680   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2681   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2682   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2683   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2684
2685   // Find the value that is at that particular spot
2686   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2687
2688   if (!V)
2689     return nullptr;
2690
2691   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2692   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2693                                        "tmp", InsertBefore);
2694 }
2695
2696 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2697 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2698 // { a, { b, { c, d }, e } }
2699 // and the indices "1, 1" this returns
2700 // { c, d }.
2701 //
2702 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2703 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2704 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2705 // insertvalue instruction somewhere).
2706 //
2707 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2708 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2709                                 Instruction *InsertBefore) {
2710   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2711   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2712                                                              idx_range);
2713   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2714   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2715   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2716
2717   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2718 }
2719
2720 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2721 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2722 /// were inserted directly into the aggregrate.
2723 ///
2724 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2725 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2726 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2727                                Instruction *InsertBefore) {
2728   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2729   // recursion).
2730   if (idx_range.empty())
2731     return V;
2732   // We have indices, so V should have an indexable type.
2733   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2734          "Not looking at a struct or array?");
2735   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2736          "Invalid indices for type?");
2737
2738   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2739     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2740     if (!C) return nullptr;
2741     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2742   }
2743
2744   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2745     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2746     // requested indices
2747     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2748     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2749          i != e; ++i, ++req_idx) {
2750       if (req_idx == idx_range.end()) {
2751         // We can't handle this without inserting insertvalues
2752         if (!InsertBefore)
2753           return nullptr;
2754
2755         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2756         // this specially. For example,
2757         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2758         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2759         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2760         // This can be changed into
2761         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2762         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2763         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2764         // removed.
2765         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2766                                  InsertBefore);
2767       }
2768
2769       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2770       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2771       // looking for, then.
2772       if (*req_idx != *i)
2773         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2774                                  InsertBefore);
2775     }
2776     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2777     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2778     // the inserted value, passing any remaining indices.
2779     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2780                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2781                              InsertBefore);
2782   }
2783
2784   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2785     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2786     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2787     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2788
2789     // Calculate the number of indices required
2790     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2791     // Allocate some space to put the new indices in
2792     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2793     Idxs.reserve(size);
2794     // Add indices from the extract value instruction
2795     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2796
2797     // Add requested indices
2798     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2799
2800     assert(Idxs.size() == size
2801            && "Number of indices added not correct?");
2802
2803     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2804   }
2805   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2806   // or load instruction)
2807   return nullptr;
2808 }
2809
2810 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2811 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2812 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2813                                               const DataLayout &DL) {
2814   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2815   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2816   while (1) {
2817     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2818       break;
2819
2820     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2821       APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2822       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2823         break;
2824
2825       ByteOffset += GEPOffset;
2826
2827       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2828     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2829                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2830       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2831     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2832       if (GA->mayBeOverridden())
2833         break;
2834       Ptr = GA->getAliasee();
2835     } else {
2836       break;
2837     }
2838   }
2839   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2840   return Ptr;
2841 }
2842
2843
2844 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2845 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2846 /// If unsuccessful, it returns false.
2847 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2848                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2849   assert(V);
2850
2851   // Look through bitcast instructions and geps.
2852   V = V->stripPointerCasts();
2853
2854   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2855   // offset.
2856   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2857     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2858     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2859       return false;
2860
2861     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2862     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2863     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2864     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2865       return false;
2866
2867     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2868     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2869     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2870     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2871       return false;
2872
2873     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2874     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2875     // the string.
2876     uint64_t StartIdx = 0;
2877     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2878       StartIdx = CI->getZExtValue();
2879     else
2880       return false;
2881     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
2882                                  TrimAtNul);
2883   }
2884
2885   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2886   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2887   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2888   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2889   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2890     return false;
2891
2892   // Handle the all-zeros case
2893   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2894     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2895     // length of the string must be zero.
2896     Str = "";
2897     return true;
2898   }
2899
2900   // Must be a Constant Array
2901   const ConstantDataArray *Array =
2902     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2903   if (!Array || !Array->isString())
2904     return false;
2905
2906   // Get the number of elements in the array
2907   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2908
2909   // Start out with the entire array in the StringRef.
2910   Str = Array->getAsString();
2911
2912   if (Offset > NumElts)
2913     return false;
2914
2915   // Skip over 'offset' bytes.
2916   Str = Str.substr(Offset);
2917
2918   if (TrimAtNul) {
2919     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2920     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2921     // some other way that the string is length-bound.
2922     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2923   }
2924   return true;
2925 }
2926
2927 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2928 // nodes.
2929 // TODO: See if we can integrate these two together.
2930
2931 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2932 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2933 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2934   // Look through noop bitcast instructions.
2935   V = V->stripPointerCasts();
2936
2937   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2938   // or we haven't.
2939   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2940     if (!PHIs.insert(PN).second)
2941       return ~0ULL;  // already in the set.
2942
2943     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2944     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2945     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2946       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
2947       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2948
2949       if (Len == ~0ULL) continue;
2950
2951       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2952         return 0;    // Disagree -> unknown.
2953       LenSoFar = Len;
2954     }
2955
2956     // Success, all agree.
2957     return LenSoFar;
2958   }
2959
2960   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2961   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2962     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2963     if (Len1 == 0) return 0;
2964     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2965     if (Len2 == 0) return 0;
2966     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2967     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2968     if (Len1 != Len2) return 0;
2969     return Len1;
2970   }
2971
2972   // Otherwise, see if we can read the string.
2973   StringRef StrData;
2974   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2975     return 0;
2976
2977   return StrData.size()+1;
2978 }
2979
2980 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2981 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2982 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
2983   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
2984
2985   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
2986   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
2987   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
2988   // an empty string as a length.
2989   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
2990 }
2991
2992 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
2993 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
2994 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(PHINode *PN, LoopInfo *LI) {
2995   // Find the loop-defined value.
2996   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2997   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
2998     return true;
2999
3000   // Find the value from previous iteration.
3001   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3002   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3003     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3004   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3005     return true;
3006
3007   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3008   // object in every iteration.  E.g.:
3009   //    for (i)
3010   //       int *p = a[i];
3011   //       ...
3012   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3013     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3014       return false;
3015   return true;
3016 }
3017
3018 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3019                                  unsigned MaxLookup) {
3020   if (!V->getType()->isPointerTy())
3021     return V;
3022   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3023     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3024       V = GEP->getPointerOperand();
3025     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3026                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3027       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3028     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3029       if (GA->mayBeOverridden())
3030         return V;
3031       V = GA->getAliasee();
3032     } else {
3033       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3034       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3035         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3036         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
3037           V = Simplified;
3038           continue;
3039         }
3040
3041       return V;
3042     }
3043     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3044   }
3045   return V;
3046 }
3047
3048 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3049                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3050                                 unsigned MaxLookup) {
3051   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3052   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3053   Worklist.push_back(V);
3054   do {
3055     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3056     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3057
3058     if (!Visited.insert(P).second)
3059       continue;
3060
3061     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3062       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3063       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3064       continue;
3065     }
3066
3067     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3068       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3069       // loop, don't look through it.  Consider:
3070       //   int **A;
3071       //   for (i) {
3072       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3073       //     Curr = A[i];
3074       //     *Prev, *Curr;
3075       //
3076       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3077       // underlying objects.
3078       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3079           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3080         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3081           Worklist.push_back(IncValue);
3082       continue;
3083     }
3084
3085     Objects.push_back(P);
3086   } while (!Worklist.empty());
3087 }
3088
3089 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3090 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3091   for (const User *U : V->users()) {
3092     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3093     if (!II) return false;
3094
3095     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3096         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3097       return false;
3098   }
3099   return true;
3100 }
3101
3102 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *BV, APInt Offset,
3103                                            Type *Ty, const DataLayout &DL,
3104                                            const Instruction *CtxI,
3105                                            const DominatorTree *DT,
3106                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3107   assert(Offset.isNonNegative() && "offset can't be negative");
3108   assert(Ty->isSized() && "must be sized");
3109   
3110   APInt DerefBytes(Offset.getBitWidth(), 0);
3111   bool CheckForNonNull = false;
3112   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(BV)) {
3113     DerefBytes = A->getDereferenceableBytes();
3114     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3115       DerefBytes = A->getDereferenceableOrNullBytes();
3116       CheckForNonNull = true;
3117     }
3118   } else if (auto CS = ImmutableCallSite(BV)) {
3119     DerefBytes = CS.getDereferenceableBytes(0);
3120     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3121       DerefBytes = CS.getDereferenceableOrNullBytes(0);
3122       CheckForNonNull = true;
3123     }
3124   } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BV)) {
3125     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable)) {
3126       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3127       DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3128     }
3129     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3130       if (MDNode *MD = 
3131               LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null)) {
3132         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3133         DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3134       }
3135       CheckForNonNull = true;
3136     }
3137   }
3138   
3139   if (DerefBytes.getBoolValue())
3140     if (DerefBytes.uge(Offset + DL.getTypeStoreSize(Ty)))
3141       if (!CheckForNonNull || isKnownNonNullAt(BV, CtxI, DT, TLI))
3142         return true;
3143
3144   return false;
3145 }
3146
3147 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *V, const DataLayout &DL,
3148                                            const Instruction *CtxI,
3149                                            const DominatorTree *DT,
3150                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3151   Type *VTy = V->getType();
3152   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3153   if (!Ty->isSized())
3154     return false;
3155   
3156   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3157   return isDereferenceableFromAttribute(V, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI);
3158 }
3159
3160 static bool isAligned(const Value *Base, APInt Offset, unsigned Align,
3161                       const DataLayout &DL) {
3162   APInt BaseAlign(Offset.getBitWidth(), getAlignment(Base, DL));
3163
3164   if (!BaseAlign) {
3165     Type *Ty = Base->getType()->getPointerElementType();
3166     BaseAlign = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3167   }
3168
3169   APInt Alignment(Offset.getBitWidth(), Align);
3170
3171   assert(Alignment.isPowerOf2() && "must be a power of 2!");
3172   return BaseAlign.uge(Alignment) && !(Offset & (Alignment-1));
3173 }
3174
3175 static bool isAligned(const Value *Base, unsigned Align, const DataLayout &DL) {
3176   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(Base->getType()), 0);
3177   return isAligned(Base, Offset, Align, DL);
3178 }
3179
3180 /// Test if V is always a pointer to allocated and suitably aligned memory for
3181 /// a simple load or store.
3182 static bool isDereferenceableAndAlignedPointer(
3183     const Value *V, unsigned Align, const DataLayout &DL,
3184     const Instruction *CtxI, const DominatorTree *DT,
3185     const TargetLibraryInfo *TLI, SmallPtrSetImpl<const Value *> &Visited) {
3186   // Note that it is not safe to speculate into a malloc'd region because
3187   // malloc may return null.
3188
3189   // These are obviously ok if aligned.
3190   if (isa<AllocaInst>(V))
3191     return isAligned(V, Align, DL);
3192
3193   // It's not always safe to follow a bitcast, for example:
3194   //   bitcast i8* (alloca i8) to i32*
3195   // would result in a 4-byte load from a 1-byte alloca. However,
3196   // if we're casting from a pointer from a type of larger size
3197   // to a type of smaller size (or the same size), and the alignment
3198   // is at least as large as for the resulting pointer type, then
3199   // we can look through the bitcast.
3200   if (const BitCastOperator *BC = dyn_cast<BitCastOperator>(V)) {
3201     Type *STy = BC->getSrcTy()->getPointerElementType(),
3202          *DTy = BC->getDestTy()->getPointerElementType();
3203     if (STy->isSized() && DTy->isSized() &&
3204         (DL.getTypeStoreSize(STy) >= DL.getTypeStoreSize(DTy)) &&
3205         (DL.getABITypeAlignment(STy) >= DL.getABITypeAlignment(DTy)))
3206       return isDereferenceableAndAlignedPointer(BC->getOperand(0), Align, DL,
3207                                                 CtxI, DT, TLI, Visited);
3208   }
3209
3210   // Global variables which can't collapse to null are ok.
3211   if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
3212     if (!GV->hasExternalWeakLinkage())
3213       return isAligned(V, Align, DL);
3214
3215   // byval arguments are okay.
3216   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3217     if (A->hasByValAttr())
3218       return isAligned(V, Align, DL);
3219
3220   if (isDereferenceableFromAttribute(V, DL, CtxI, DT, TLI))
3221     return isAligned(V, Align, DL);
3222
3223   // For GEPs, determine if the indexing lands within the allocated object.
3224   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3225     Type *VTy = GEP->getType();
3226     Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3227     const Value *Base = GEP->getPointerOperand();
3228
3229     // Conservatively require that the base pointer be fully dereferenceable
3230     // and aligned.
3231     if (!Visited.insert(Base).second)
3232       return false;
3233     if (!isDereferenceableAndAlignedPointer(Base, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3234                                             Visited))
3235       return false;
3236
3237     APInt Offset(DL.getPointerTypeSizeInBits(VTy), 0);
3238     if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, Offset))
3239       return false;
3240
3241     // Check if the load is within the bounds of the underlying object
3242     // and offset is aligned.
3243     uint64_t LoadSize = DL.getTypeStoreSize(Ty);
3244     Type *BaseType = Base->getType()->getPointerElementType();
3245     assert(isPowerOf2_32(Align) && "must be a power of 2!");
3246     return (Offset + LoadSize).ule(DL.getTypeAllocSize(BaseType)) && 
3247            !(Offset & APInt(Offset.getBitWidth(), Align-1));
3248   }
3249
3250   // For gc.relocate, look through relocations
3251   if (const IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(V))
3252     if (I->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
3253       GCRelocateOperands RelocateInst(I);
3254       return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3255           RelocateInst.getDerivedPtr(), Align, DL, CtxI, DT, TLI, Visited);
3256     }
3257
3258   if (const AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(V))
3259     return isDereferenceableAndAlignedPointer(ASC->getOperand(0), Align, DL,
3260                                               CtxI, DT, TLI, Visited);
3261
3262   // If we don't know, assume the worst.
3263   return false;
3264 }
3265
3266 bool llvm::isDereferenceableAndAlignedPointer(const Value *V, unsigned Align,
3267                                               const DataLayout &DL,
3268                                               const Instruction *CtxI,
3269                                               const DominatorTree *DT,
3270                                               const TargetLibraryInfo *TLI) {
3271   // When dereferenceability information is provided by a dereferenceable
3272   // attribute, we know exactly how many bytes are dereferenceable. If we can
3273   // determine the exact offset to the attributed variable, we can use that
3274   // information here.
3275   Type *VTy = V->getType();
3276   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3277
3278   // Require ABI alignment for loads without alignment specification
3279   if (Align == 0)
3280     Align = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3281
3282   if (Ty->isSized()) {
3283     APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3284     const Value *BV = V->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, Offset);
3285
3286     if (Offset.isNonNegative())
3287       if (isDereferenceableFromAttribute(BV, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI) &&
3288           isAligned(BV, Offset, Align, DL))
3289         return true;
3290   }
3291
3292   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
3293   return ::isDereferenceableAndAlignedPointer(V, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3294                                               Visited);
3295 }
3296
3297 bool llvm::isDereferenceablePointer(const Value *V, const DataLayout &DL,
3298                                     const Instruction *CtxI,
3299                                     const DominatorTree *DT,
3300                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
3301   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, 1, DL, CtxI, DT, TLI);
3302 }
3303
3304 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3305                                         const Instruction *CtxI,
3306                                         const DominatorTree *DT,
3307                                         const TargetLibraryInfo *TLI) {
3308   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3309   if (!Inst)
3310     return false;
3311
3312   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3313     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3314       if (C->canTrap())
3315         return false;
3316
3317   switch (Inst->getOpcode()) {
3318   default:
3319     return true;
3320   case Instruction::UDiv:
3321   case Instruction::URem: {
3322     // x / y is undefined if y == 0.
3323     const APInt *V;
3324     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3325       return *V != 0;
3326     return false;
3327   }
3328   case Instruction::SDiv:
3329   case Instruction::SRem: {
3330     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3331     const APInt *Numerator, *Denominator;
3332     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3333       return false;
3334     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3335     if (*Denominator == 0)
3336       return false;
3337     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3338     if (*Denominator != -1)
3339       return true;
3340     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3341     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3342     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3343       return !Numerator->isMinSignedValue();
3344     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3345     return false;
3346   }
3347   case Instruction::Load: {
3348     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3349     if (!LI->isUnordered() ||
3350         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3351         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3352             Attribute::SanitizeThread) ||
3353         // Speculative load may load data from dirty regions.
3354         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3355             Attribute::SanitizeAddress))
3356       return false;
3357     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3358     return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3359         LI->getPointerOperand(), LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT, TLI);
3360   }
3361   case Instruction::Call: {
3362     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3363       switch (II->getIntrinsicID()) {
3364       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3365       // information about their operands.
3366       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3367       // should be considered at least *safe* to speculate...
3368       case Intrinsic::dbg_declare:
3369       case Intrinsic::dbg_value:
3370         return true;
3371
3372       case Intrinsic::bswap:
3373       case Intrinsic::ctlz:
3374       case Intrinsic::ctpop:
3375       case Intrinsic::cttz:
3376       case Intrinsic::objectsize:
3377       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3378       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3379       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3380       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3381       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3382       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3383         return true;
3384       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
3385       // errno like libm sqrt would.
3386       case Intrinsic::sqrt:
3387       case Intrinsic::fma:
3388       case Intrinsic::fmuladd:
3389       case Intrinsic::fabs:
3390       case Intrinsic::minnum:
3391       case Intrinsic::maxnum:
3392         return true;
3393       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
3394       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
3395       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3396       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3397       default: break;
3398       }
3399     }
3400     return false; // The called function could have undefined behavior or
3401                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3402   }
3403   case Instruction::VAArg:
3404   case Instruction::Alloca:
3405   case Instruction::Invoke:
3406   case Instruction::PHI:
3407   case Instruction::Store:
3408   case Instruction::Ret:
3409   case Instruction::Br:
3410   case Instruction::IndirectBr:
3411   case Instruction::Switch:
3412   case Instruction::Unreachable:
3413   case Instruction::Fence:
3414   case Instruction::AtomicRMW:
3415   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3416   case Instruction::LandingPad:
3417   case Instruction::Resume:
3418   case Instruction::CatchPad:
3419   case Instruction::CatchEndPad:
3420   case Instruction::CatchRet:
3421   case Instruction::CleanupPad:
3422   case Instruction::CleanupEndPad:
3423   case Instruction::CleanupRet:
3424   case Instruction::TerminatePad:
3425     return false; // Misc instructions which have effects
3426   }
3427 }
3428
3429 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3430   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3431 }
3432
3433 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3434 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3435   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3436
3437   // Alloca never returns null, malloc might.
3438   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3439
3440   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3441   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3442     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3443
3444   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak.
3445   // Other address spaces may have null as a valid address for a global,
3446   // so we can't assume anything.
3447   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3448     return !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3449            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3450
3451   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
3452   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3453     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3454
3455   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3456     if (CS.isReturnNonNull())
3457       return true;
3458
3459   // operator new never returns null.
3460   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
3461     return true;
3462
3463   return false;
3464 }
3465
3466 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3467                                                   const Instruction *CtxI,
3468                                                   const DominatorTree *DT) {
3469   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3470
3471   unsigned NumUsesExplored = 0;
3472   for (auto U : V->users()) {
3473     // Avoid massive lists
3474     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3475       break;
3476     NumUsesExplored++;
3477     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3478     const ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
3479     if (!Cmp)
3480       continue;
3481
3482     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
3483       continue;
3484
3485     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
3486       const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
3487       if (!BI)
3488         continue;
3489       
3490       assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3491
3492       BasicBlock *NonNullSuccessor = nullptr;
3493       CmpInst::Predicate Pred;
3494
3495       if (match(const_cast<ICmpInst*>(Cmp),
3496                 m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero()))) {
3497         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
3498           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(1);
3499         else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3500           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(0);
3501       }
3502
3503       if (NonNullSuccessor) {
3504         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3505         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3506           return true;
3507       }
3508     }
3509   }
3510
3511   return false;
3512 }
3513
3514 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3515                    const DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3516   if (isKnownNonNull(V, TLI))
3517     return true;
3518
3519   return CtxI ? ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT) : false;
3520 }
3521
3522 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
3523                                                    const DataLayout &DL,
3524                                                    AssumptionCache *AC,
3525                                                    const Instruction *CxtI,
3526                                                    const DominatorTree *DT) {
3527   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3528   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3529   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3530   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3531   // we can guarantee that the result does not overflow.
3532   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3533   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3534   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3535   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3536   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3537   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3538   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3539                    DT);
3540   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3541                    DT);
3542   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3543   // conservative answer.
3544   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3545                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3546   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3547   // definitely no overflow.
3548   if (ZeroBits >= BitWidth)
3549     return OverflowResult::NeverOverflows;
3550
3551   // Get the largest possible values for each operand.
3552   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3553   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3554
3555   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3556   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3557   bool MaxOverflow;
3558   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3559   if (!MaxOverflow)
3560     return OverflowResult::NeverOverflows;
3561
3562   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3563   // the operands also results in overflow.
3564   bool MinOverflow;
3565   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3566   if (MinOverflow)
3567     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3568
3569   return OverflowResult::MayOverflow;
3570 }
3571
3572 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3573                                                    const DataLayout &DL,
3574                                                    AssumptionCache *AC,
3575                                                    const Instruction *CxtI,
3576                                                    const DominatorTree *DT) {
3577   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3578   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3579                  AC, CxtI, DT);
3580   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3581     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3582     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3583                    AC, CxtI, DT);
3584
3585     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3586       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3587       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3588       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3589     }
3590
3591     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3592       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3593       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3594       return OverflowResult::NeverOverflows;
3595     }
3596   }
3597
3598   return OverflowResult::MayOverflow;
3599 }
3600
3601 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(
3602     Value *LHS, Value *RHS, AddOperator *Add, const DataLayout &DL,
3603     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
3604   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3605     return OverflowResult::NeverOverflows;
3606   }
3607
3608   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3609   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3610   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3611                  AC, CxtI, DT);
3612   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3613                  AC, CxtI, DT);
3614
3615   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3616       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3617     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3618     return OverflowResult::NeverOverflows;
3619   }
3620
3621   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3622   if (!Add)
3623     return OverflowResult::MayOverflow;
3624
3625   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3626   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3627   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3628   // operands.
3629   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3630       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3631   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3632   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3633     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3634     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3635                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3636     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3637         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3638       return OverflowResult::NeverOverflows;
3639     }
3640   }
3641
3642   return OverflowResult::MayOverflow;
3643 }
3644
3645 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(AddOperator *Add,
3646                                                  const DataLayout &DL,
3647                                                  AssumptionCache *AC,
3648                                                  const Instruction *CxtI,
3649                                                  const DominatorTree *DT) {
3650   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3651                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3652 }
3653
3654 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3655                                                  const DataLayout &DL,
3656                                                  AssumptionCache *AC,
3657                                                  const Instruction *CxtI,
3658                                                  const DominatorTree *DT) {
3659   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3660 }
3661
3662 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3663   // FIXME: This conservative implementation can be relaxed. E.g. most
3664   // atomic operations are guaranteed to terminate on most platforms
3665   // and most functions terminate.
3666
3667   return !I->isAtomic() &&       // atomics may never succeed on some platforms
3668          !isa<CallInst>(I) &&    // could throw and might not terminate
3669          !isa<InvokeInst>(I) &&  // might not terminate and could throw to
3670                                  //   non-successor (see bug 24185 for details).
3671          !isa<ResumeInst>(I) &&  // has no successors
3672          !isa<ReturnInst>(I);    // has no successors
3673 }
3674
3675 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3676                                                   const Loop *L) {
3677   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3678   //
3679   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3680   // guaranteed to be executed at every iteration.
3681   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3682
3683   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3684     if (&LI == I) return true;
3685     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3686   }
3687   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3688 }
3689
3690 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3691   switch (I->getOpcode()) {
3692     case Instruction::Add:
3693     case Instruction::Sub:
3694     case Instruction::Xor:
3695     case Instruction::Trunc:
3696     case Instruction::BitCast:
3697     case Instruction::AddrSpaceCast:
3698       // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3699       // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3700       // itself still yields poison, not zero.
3701       return true;
3702
3703     case Instruction::AShr:
3704     case Instruction::SExt:
3705       // For these operations, one bit of the input is replicated across
3706       // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3707       return true;
3708
3709     case Instruction::Shl: {
3710       // Left shift *by* a poison value is poison. The number of
3711       // positions to shift is unsigned, so no negative values are
3712       // possible there. Left shift by zero places preserves poison. So
3713       // it only remains to consider left shift of poison by a positive
3714       // number of places.
3715       //
3716       // A left shift by a positive number of places leaves the lowest order bit
3717       // non-poisoned. However, if such a shift has a no-wrap flag, then we can
3718       // make the poison operand violate that flag, yielding a fresh full-poison
3719       // value.
3720       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3721       return OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap();
3722     }
3723
3724     case Instruction::Mul: {
3725       // A multiplication by zero yields a non-poison zero result, so we need to
3726       // rule out zero as an operand. Conservatively, multiplication by a
3727       // non-zero constant is not multiplication by zero.
3728       //
3729       // Multiplication by a non-zero constant can leave some bits
3730       // non-poisoned. For example, a multiplication by 2 leaves the lowest
3731       // order bit unpoisoned. So we need to consider that.
3732       //
3733       // Multiplication by 1 preserves poison. If the multiplication has a
3734       // no-wrap flag, then we can make the poison operand violate that flag
3735       // when multiplied by any integer other than 0 and 1.
3736       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3737       if (OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap()) {
3738         for (Value *V : OBO->operands()) {
3739           if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
3740             // A ConstantInt cannot yield poison, so we can assume that it is
3741             // the other operand that is poison.
3742             return !CI->isZero();
3743           }
3744         }
3745       }
3746       return false;
3747     }
3748
3749     case Instruction::GetElementPtr:
3750       // A GEP implicitly represents a sequence of additions, subtractions,
3751       // truncations, sign extensions and multiplications. The multiplications
3752       // are by the non-zero sizes of some set of types, so we do not have to be
3753       // concerned with multiplication by zero. If the GEP is in-bounds, then
3754       // these operations are implicitly no-signed-wrap so poison is propagated
3755       // by the arguments above for Add, Sub, Trunc, SExt and Mul.
3756       return cast<GEPOperator>(I)->isInBounds();
3757
3758     default:
3759       return false;
3760   }
3761 }
3762
3763 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3764   switch (I->getOpcode()) {
3765     case Instruction::Store:
3766       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3767
3768     case Instruction::Load:
3769       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3770
3771     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3772       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3773
3774     case Instruction::AtomicRMW:
3775       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3776
3777     case Instruction::UDiv:
3778     case Instruction::SDiv:
3779     case Instruction::URem:
3780     case Instruction::SRem:
3781       return I->getOperand(1);
3782
3783     default:
3784       return nullptr;
3785   }
3786 }
3787
3788 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3789   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3790   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3791   // executed given that PoisonI is executed.
3792   //
3793   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3794   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3795   // post-dominance.
3796   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3797
3798   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3799   // does.
3800   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3801   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3802
3803   for (BasicBlock::const_iterator I = PoisonI->getIterator(), E = BB->end();
3804        I != E; ++I) {
3805     if (&*I != PoisonI) {
3806       const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&*I);
3807       if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison)) return true;
3808       if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
3809         return false;
3810     }
3811
3812     // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3813     if (YieldsPoison.count(&*I)) {
3814       for (const User *User : I->users()) {
3815         const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3816         if (UserI->getParent() == BB && propagatesFullPoison(UserI))
3817           YieldsPoison.insert(User);
3818       }
3819     }
3820   }
3821   return false;
3822 }
3823
3824 static bool isKnownNonNaN(Value *V, FastMathFlags FMF) {
3825   if (FMF.noNaNs())
3826     return true;
3827
3828   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3829     return !C->isNaN();
3830   return false;
3831 }
3832
3833 static bool isKnownNonZero(Value *V) {
3834   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3835     return !C->isZero();
3836   return false;
3837 }
3838
3839 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
3840                                               FastMathFlags FMF,
3841                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3842                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3843                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
3844   LHS = CmpLHS;
3845   RHS = CmpRHS;
3846
3847   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
3848   // return inconsistent results between implementations.
3849   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
3850   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
3851   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
3852   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
3853   switch (Pred) {
3854   default: break;
3855   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
3856   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
3857     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
3858         !isKnownNonZero(CmpRHS))
3859       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3860   }
3861
3862   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
3863   bool Ordered = false;
3864
3865   // When given one NaN and one non-NaN input:
3866   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
3867   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
3868   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
3869   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
3870   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
3871     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
3872     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
3873
3874     if (LHSSafe && RHSSafe) {
3875       // Both operands are known non-NaN.
3876       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
3877     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
3878       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
3879       // returns the RHS.
3880       Ordered = true;
3881       if (LHSSafe)
3882         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
3883         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3884       else if (RHSSafe)
3885         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3886       else
3887         // Completely unsafe.
3888         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3889     } else {
3890       Ordered = false;
3891       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
3892       // returns the LHS.
3893       if (LHSSafe)
3894         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
3895         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3896       else if (RHSSafe)
3897         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3898       else
3899         // Completely unsafe.
3900         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3901     }
3902   }
3903
3904   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
3905     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
3906     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
3907     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
3908       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3909     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
3910       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3911     Ordered = !Ordered;
3912   }
3913
3914   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
3915   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
3916     switch (Pred) {
3917     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
3918     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3919     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3920     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3921     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3922     case ICmpInst::ICMP_ULT:
3923     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3924     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3925     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3926     case FCmpInst::FCMP_UGT:
3927     case FCmpInst::FCMP_UGE:
3928     case FCmpInst::FCMP_OGT:
3929     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
3930     case FCmpInst::FCMP_ULT:
3931     case FCmpInst::FCMP_ULE:
3932     case FCmpInst::FCMP_OLT:
3933     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
3934     }
3935   }
3936
3937   if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(CmpRHS)) {
3938     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
3939         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
3940
3941       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
3942       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
3943       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (C1->isZero() || C1->isMinusOne())) {
3944         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3945       }
3946
3947       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
3948       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
3949       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (C1->isZero() || C1->isOne())) {
3950         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3951       }
3952     }
3953     
3954     // Y >s C ? ~Y : ~C == ~Y <s ~C ? ~Y : ~C = SMIN(~Y, ~C)
3955     if (const auto *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal)) {
3956       if (C1->getType() == C2->getType() && ~C1->getValue() == C2->getValue() &&
3957           (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) ||
3958            match(CmpLHS, m_Not(m_Specific(TrueVal))))) {
3959         LHS = TrueVal;
3960         RHS = FalseVal;
3961         return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3962       }
3963     }
3964   }
3965
3966   // TODO: (X > 4) ? X : 5   -->  (X >= 5) ? X : 5  -->  MAX(X, 5)
3967
3968   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3969 }
3970
3971 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
3972                               Instruction::CastOps *CastOp) {
3973   CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V1);
3974   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V2);
3975   CastInst *CI2 = dyn_cast<CastInst>(V2);
3976   if (!CI)
3977     return nullptr;
3978   *CastOp = CI->getOpcode();
3979
3980   if (CI2) {
3981     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, we can look
3982     // through V1.
3983     if (CI2->getOpcode() == CI->getOpcode() &&
3984         CI2->getSrcTy() == CI->getSrcTy())
3985       return CI2->getOperand(0);
3986     return nullptr;
3987   } else if (!C) {
3988     return nullptr;
3989   }
3990
3991   if (isa<SExtInst>(CI) && CmpI->isSigned()) {
3992     Constant *T = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
3993     // This is only valid if the truncated value can be sign-extended
3994     // back to the original value.
3995     if (ConstantExpr::getSExt(T, C->getType()) == C)
3996       return T;
3997     return nullptr;
3998   }
3999   if (isa<ZExtInst>(CI) && CmpI->isUnsigned())
4000     return ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
4001
4002   if (isa<TruncInst>(CI))
4003     return ConstantExpr::getIntegerCast(C, CI->getSrcTy(), CmpI->isSigned());
4004
4005   if (isa<FPToUIInst>(CI))
4006     return ConstantExpr::getUIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4007
4008   if (isa<FPToSIInst>(CI))
4009     return ConstantExpr::getSIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4010
4011   if (isa<UIToFPInst>(CI))
4012     return ConstantExpr::getFPToUI(C, CI->getSrcTy(), true);
4013
4014   if (isa<SIToFPInst>(CI))
4015     return ConstantExpr::getFPToSI(C, CI->getSrcTy(), true);
4016
4017   if (isa<FPTruncInst>(CI))
4018     return ConstantExpr::getFPExtend(C, CI->getSrcTy(), true);
4019
4020   if (isa<FPExtInst>(CI))
4021     return ConstantExpr::getFPTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
4022
4023   return nullptr;
4024 }
4025
4026 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V,
4027                                              Value *&LHS, Value *&RHS,
4028                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4029   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4030   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4031
4032   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4033   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4034
4035   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4036   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4037   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4038   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4039   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4040   FastMathFlags FMF;
4041   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4042     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4043
4044   // Bail out early.
4045   if (CmpI->isEquality())
4046     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4047
4048   // Deal with type mismatches.
4049   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4050     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4051       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4052                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4053                                   LHS, RHS);
4054     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4055       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4056                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4057                                   LHS, RHS);
4058   }
4059   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4060                               LHS, RHS);
4061 }
4062
4063 ConstantRange llvm::getConstantRangeFromMetadata(MDNode &Ranges) {
4064   const unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
4065   assert(NumRanges >= 1 && "Must have at least one range!");
4066   assert(Ranges.getNumOperands() % 2 == 0 && "Must be a sequence of pairs");
4067
4068   auto *FirstLow = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(0));
4069   auto *FirstHigh = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(1));
4070
4071   ConstantRange CR(FirstLow->getValue(), FirstHigh->getValue());
4072
4073   for (unsigned i = 1; i < NumRanges; ++i) {
4074     auto *Low = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
4075     auto *High = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
4076
4077     // Note: unionWith will potentially create a range that contains values not
4078     // contained in any of the original N ranges.
4079     CR = CR.unionWith(ConstantRange(Low->getValue(), High->getValue()));
4080   }
4081
4082   return CR;
4083 }
4084
4085 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4086 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
4087   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4088     return true;
4089
4090   switch (Pred) {
4091   default:
4092     return false;
4093
4094   case CmpInst::ICMP_SLT:
4095   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4096     ConstantInt *CI;
4097
4098     // LHS s<  LHS +_{nsw} C   if C > 0
4099     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4100     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_ConstantInt(CI)))) {
4101       if (Pred == CmpInst::ICMP_SLT)
4102         return CI->getValue().isStrictlyPositive();
4103       return !CI->isNegative();
4104     }
4105     return false;
4106   }
4107
4108   case CmpInst::ICMP_ULT:
4109   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4110     ConstantInt *CI;
4111
4112     // LHS u<  LHS +_{nuw} C   if C > 0
4113     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   if C >= 0
4114     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_ConstantInt(CI)))) {
4115       if (Pred == CmpInst::ICMP_ULT)
4116         return CI->getValue().isStrictlyPositive();
4117       return !CI->isNegative();
4118     }
4119     return false;
4120   }
4121   }
4122 }
4123
4124 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4125 /// ALHS ARHS" is true.
4126 static bool isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, Value *ALHS,
4127                                   Value *ARHS, Value *BLHS, Value *BRHS) {
4128   switch (Pred) {
4129   default:
4130     return false;
4131
4132   case CmpInst::ICMP_SLT:
4133   case CmpInst::ICMP_SLE:
4134     return isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS) &&
4135            isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS);
4136
4137   case CmpInst::ICMP_ULT:
4138   case CmpInst::ICMP_ULE:
4139     return isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS) &&
4140            isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS);
4141   }
4142 }
4143
4144 bool llvm::isImpliedCondition(Value *LHS, Value *RHS) {
4145   assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "mismatched type");
4146   Type *OpTy = LHS->getType();
4147   assert(OpTy->getScalarType()->isIntegerTy(1));
4148
4149   // LHS ==> RHS by definition
4150   if (LHS == RHS) return true;
4151
4152   if (OpTy->isVectorTy())
4153     // TODO: extending the code below to handle vectors
4154     return false;
4155   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4156
4157   ICmpInst::Predicate APred, BPred;
4158   Value *ALHS, *ARHS;
4159   Value *BLHS, *BRHS;
4160
4161   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))) ||
4162       !match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4163     return false;
4164
4165   if (APred == BPred)
4166     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS);
4167
4168   return false;
4169 }