Repace SmallPtrSet with SmallPtrSetImpl in function arguments to avoid needing to...
[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/SmallPtrSet.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
19 #include "llvm/IR/CallSite.h"
20 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
21 #include "llvm/IR/Constants.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
24 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
25 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
26 #include "llvm/IR/Instructions.h"
27 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
28 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
29 #include "llvm/IR/Metadata.h"
30 #include "llvm/IR/Operator.h"
31 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
34 #include <cstring>
35 using namespace llvm;
36 using namespace llvm::PatternMatch;
37
38 const unsigned MaxDepth = 6;
39
40 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
41 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
42 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
43   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
44     return BitWidth;
45
46   return TD ? TD->getPointerTypeSizeInBits(Ty) : 0;
47 }
48
49 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
50                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
51                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
52                                    const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
53   if (!Add) {
54     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
55       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
56       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
57       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
58       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
59         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
60         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
61         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
62         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
63         llvm::computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
64
65         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
66         // output top bits are zero, because we now know that the output is
67         // from [0-C].
68         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
69           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
70           // Top bits known zero.
71           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
72         }
73       }
74     }
75   }
76
77   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
78
79   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
80   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
81   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
82   // this only works if the known zeros are in the right operand.
83   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
84   llvm::computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
85   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
86
87   llvm::computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
88   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
89
90   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
91   // many bits from the other operand.
92   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
93     if (Add) {
94       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
95       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
96       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
97     } else {
98       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
99       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
100       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
101                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
102                                                  RHSKnownZeroOut));
103     }
104   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
105     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
106     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
107     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
108   }
109
110   // Are we still trying to solve for the sign bit?
111   if (!KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
112     if (NSW) {
113       if (Add) {
114         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
115         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
116           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
117         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
118         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
119           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
120       } else {
121         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
122         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
123           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
124         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
125         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
126           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
127       }
128     }
129   }
130 }
131
132 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
133                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
135                                 const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
136   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
137   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
138   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
139
140   bool isKnownNegative = false;
141   bool isKnownNonNegative = false;
142   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
143   if (NSW) {
144     if (Op0 == Op1) {
145       // The product of a number with itself is non-negative.
146       isKnownNonNegative = true;
147     } else {
148       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
149       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
150       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
151       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
152       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
153       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
154         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
155       // The product of a negative number and a non-negative number is either
156       // negative or zero.
157       if (!isKnownNonNegative)
158         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
159                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth)) ||
160                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
161                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
162     }
163   }
164
165   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
166   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
167   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
168   // interesting case of alignment computation.
169   KnownOne.clearAllBits();
170   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
171                     KnownZero2.countTrailingOnes();
172   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
173                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
174                              BitWidth) - BitWidth;
175
176   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
177   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
178   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
179               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
180
181   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
182   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
183   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
184   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
185   // whatever we like here.
186   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
187     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
188   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
189     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
190 }
191
192 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
193                                              APInt &KnownZero) {
194   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
195   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
196   assert(NumRanges >= 1);
197
198   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
199   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
200   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
201     ConstantInt *Lower = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 0));
202     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 1));
203     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
204     if (Range.isWrappedSet())
205       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
206     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
207     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
208   }
209
210   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
211 }
212
213 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
214 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
215 ///
216 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
217 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
218 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
219 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
220 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
221 /// this won't lose us code quality.
222 ///
223 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
224 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
225 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
226 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
227 /// for all of the elements in the vector.
228 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
229                             const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
230   assert(V && "No Value?");
231   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
232   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
233
234   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
235           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
236          "Not integer or pointer type!");
237   assert((!TD ||
238           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
239          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
240           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
241          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
242          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
243          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
244
245   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
246     // We know all of the bits for a constant!
247     KnownOne = CI->getValue();
248     KnownZero = ~KnownOne;
249     return;
250   }
251   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
252   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
253       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
254     KnownOne.clearAllBits();
255     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
256     return;
257   }
258   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
259   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
260   // we don't handle undef in any particularly useful way.
261   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
262     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
263     // each element.
264     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
265     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
266     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
267       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
268       KnownZero &= ~Elt;
269       KnownOne &= Elt;
270     }
271     return;
272   }
273
274   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
275   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
276     unsigned Align = GV->getAlignment();
277     if (Align == 0 && TD) {
278       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
279         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
280         if (ObjectType->isSized()) {
281           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
282           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
283           // may only have the minimum ABI alignment.
284           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
285             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
286           else
287             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
288         }
289       }
290     }
291     if (Align > 0)
292       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
293                                        countTrailingZeros(Align));
294     else
295       KnownZero.clearAllBits();
296     KnownOne.clearAllBits();
297     return;
298   }
299   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
300   // the bits of its aliasee.
301   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
302     if (GA->mayBeOverridden()) {
303       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
304     } else {
305       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
306     }
307     return;
308   }
309
310   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
311     unsigned Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
312
313     if (!Align && TD && A->hasStructRetAttr()) {
314       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
315       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
316       if (EltTy->isSized())
317         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
318     }
319
320     if (Align)
321       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
322     return;
323   }
324
325   // Start out not knowing anything.
326   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
327
328   if (Depth == MaxDepth)
329     return;  // Limit search depth.
330
331   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
332   if (!I) return;
333
334   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
335   switch (I->getOpcode()) {
336   default: break;
337   case Instruction::Load:
338     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
339       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
340     break;
341   case Instruction::And: {
342     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
343     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
344     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
345
346     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
347     KnownOne &= KnownOne2;
348     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
349     KnownZero |= KnownZero2;
350     break;
351   }
352   case Instruction::Or: {
353     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
354     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
355
356     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
357     KnownZero &= KnownZero2;
358     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
359     KnownOne |= KnownOne2;
360     break;
361   }
362   case Instruction::Xor: {
363     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
364     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
365
366     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
367     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
368     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
369     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
370     KnownZero = KnownZeroOut;
371     break;
372   }
373   case Instruction::Mul: {
374     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
375     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
376                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
377     break;
378   }
379   case Instruction::UDiv: {
380     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
381     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
382     // be less than the denominator.
383     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
384     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
385
386     KnownOne2.clearAllBits();
387     KnownZero2.clearAllBits();
388     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
389     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
390     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
391       LeadZ = std::min(BitWidth,
392                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
393
394     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
395     break;
396   }
397   case Instruction::Select:
398     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
399     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD,
400                       Depth+1);
401
402     // Only known if known in both the LHS and RHS.
403     KnownOne &= KnownOne2;
404     KnownZero &= KnownZero2;
405     break;
406   case Instruction::FPTrunc:
407   case Instruction::FPExt:
408   case Instruction::FPToUI:
409   case Instruction::FPToSI:
410   case Instruction::SIToFP:
411   case Instruction::UIToFP:
412     break; // Can't work with floating point.
413   case Instruction::PtrToInt:
414   case Instruction::IntToPtr:
415   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
416     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
417     if (!TD) break;
418     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
419   case Instruction::ZExt:
420   case Instruction::Trunc: {
421     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
422
423     unsigned SrcBitWidth;
424     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
425     // which fall through here.
426     if(TD) {
427       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
428     } else {
429       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
430       if (!SrcBitWidth) break;
431     }
432
433     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
434     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
435     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
436     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
437     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
438     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
439     // Any top bits are known to be zero.
440     if (BitWidth > SrcBitWidth)
441       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
442     break;
443   }
444   case Instruction::BitCast: {
445     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
446     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
447         // TODO: For now, not handling conversions like:
448         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
449         !I->getType()->isVectorTy()) {
450       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
451       break;
452     }
453     break;
454   }
455   case Instruction::SExt: {
456     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
457     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
458
459     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
460     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
461     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
462     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
463     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
464
465     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
466     // top bits of the result.
467     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
468       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
469     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
470       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
471     break;
472   }
473   case Instruction::Shl:
474     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
475     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
476       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
477       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
478       KnownZero <<= ShiftAmt;
479       KnownOne  <<= ShiftAmt;
480       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
481       break;
482     }
483     break;
484   case Instruction::LShr:
485     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
486     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
487       // Compute the new bits that are at the top now.
488       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
489
490       // Unsigned shift right.
491       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero,KnownOne, TD, Depth+1);
492       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
493       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
494       // high bits known zero.
495       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
496       break;
497     }
498     break;
499   case Instruction::AShr:
500     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
501     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
502       // Compute the new bits that are at the top now.
503       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
504
505       // Signed shift right.
506       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
507       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
508       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
509
510       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
511       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
512         KnownZero |= HighBits;
513       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
514         KnownOne |= HighBits;
515       break;
516     }
517     break;
518   case Instruction::Sub: {
519     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
520     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
521                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
522                             Depth);
523     break;
524   }
525   case Instruction::Add: {
526     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
527     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
528                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
529                             Depth);
530     break;
531   }
532   case Instruction::SRem:
533     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
534       APInt RA = Rem->getValue().abs();
535       if (RA.isPowerOf2()) {
536         APInt LowBits = RA - 1;
537         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
538
539         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
540         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
541         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
542
543         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
544         // the upper bits are all zero.
545         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
546           KnownZero |= ~LowBits;
547
548         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
549         // the upper bits are all one.
550         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
551           KnownOne |= ~LowBits;
552
553         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
554       }
555     }
556
557     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
558     // remainder is zero.
559     if (KnownZero.isNonNegative()) {
560       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
561       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
562                        Depth+1);
563       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
564       if (LHSKnownZero.isNegative())
565         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
566     }
567
568     break;
569   case Instruction::URem: {
570     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
571       APInt RA = Rem->getValue();
572       if (RA.isPowerOf2()) {
573         APInt LowBits = (RA - 1);
574         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
575                          Depth+1);
576         KnownZero |= ~LowBits;
577         KnownOne &= LowBits;
578         break;
579       }
580     }
581
582     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
583     // zero bits in either operand must also exist in the result.
584     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
585     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
586
587     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
588                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
589     KnownOne.clearAllBits();
590     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
591     break;
592   }
593
594   case Instruction::Alloca: {
595     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
596     unsigned Align = AI->getAlignment();
597     if (Align == 0 && TD)
598       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
599
600     if (Align > 0)
601       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
602     break;
603   }
604   case Instruction::GetElementPtr: {
605     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
606     // to determine if we can prove known low zero bits.
607     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
608     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
609                      Depth+1);
610     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
611
612     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
613     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
614       Value *Index = I->getOperand(i);
615       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
616         // Handle struct member offset arithmetic.
617         if (!TD) {
618           TrailZ = 0;
619           break;
620         }
621
622         // Handle case when index is vector zeroinitializer
623         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
624         if (CIndex->isZeroValue())
625           continue;
626
627         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
628           Index = CIndex->getSplatValue();
629
630         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
631         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
632         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
633         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
634                                     countTrailingZeros(Offset));
635       } else {
636         // Handle array index arithmetic.
637         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
638         if (!IndexedTy->isSized()) {
639           TrailZ = 0;
640           break;
641         }
642         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
643         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
644         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
645         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
646         TrailZ = std::min(TrailZ,
647                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
648                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
649       }
650     }
651
652     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
653     break;
654   }
655   case Instruction::PHI: {
656     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
657     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
658     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
659     // this is sufficient to catch some interesting cases.
660     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
661       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
662         Value *L = P->getIncomingValue(i);
663         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
664         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
665         if (!LU)
666           continue;
667         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
668         // Check for operations that have the property that if
669         // both their operands have low zero bits, the result
670         // will have low zero bits.
671         if (Opcode == Instruction::Add ||
672             Opcode == Instruction::Sub ||
673             Opcode == Instruction::And ||
674             Opcode == Instruction::Or ||
675             Opcode == Instruction::Mul) {
676           Value *LL = LU->getOperand(0);
677           Value *LR = LU->getOperand(1);
678           // Find a recurrence.
679           if (LL == I)
680             L = LR;
681           else if (LR == I)
682             L = LL;
683           else
684             break;
685           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
686           // zero bits.
687           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
688
689           // We need to take the minimum number of known bits
690           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
691           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
692
693           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
694                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
695                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
696           break;
697         }
698       }
699     }
700
701     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
702     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
703       break;
704
705     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
706     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
707     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
708       // Skip if every incoming value references to ourself.
709       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
710         break;
711
712       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
713       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
714       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
715         // Skip direct self references.
716         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
717
718         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
719         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
720         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
721         // want to waste time spinning around in loops.
722         computeKnownBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
723                          MaxDepth-1);
724         KnownZero &= KnownZero2;
725         KnownOne &= KnownOne2;
726         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
727         // more operands.
728         if (!KnownZero && !KnownOne)
729           break;
730       }
731     }
732     break;
733   }
734   case Instruction::Call:
735   case Instruction::Invoke:
736     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
737       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
738     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
739     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
740     // the intrinsic.
741     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
742       switch (II->getIntrinsicID()) {
743       default: break;
744       case Intrinsic::ctlz:
745       case Intrinsic::cttz: {
746         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
747         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
748         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
749           LowBits -= 1;
750         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
751         break;
752       }
753       case Intrinsic::ctpop: {
754         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
755         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
756         break;
757       }
758       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
759         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
760         break;
761       }
762     }
763     break;
764   case Instruction::ExtractValue:
765     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
766       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
767       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
768       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
769         switch (II->getIntrinsicID()) {
770         default: break;
771         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
772         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
773           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
774                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
775                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
776           break;
777         case Intrinsic::usub_with_overflow:
778         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
779           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
780                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
781                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
782           break;
783         case Intrinsic::umul_with_overflow:
784         case Intrinsic::smul_with_overflow:
785           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
786                               false, KnownZero, KnownOne,
787                               KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
788           break;
789         }
790       }
791     }
792   }
793
794   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
795 }
796
797 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
798 /// one.  Convenience wrapper around computeKnownBits.
799 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
800                           const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
801   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
802   if (!BitWidth) {
803     KnownZero = false;
804     KnownOne = false;
805     return;
806   }
807   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
808   APInt OneBits(BitWidth, 0);
809   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth);
810   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
811   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
812 }
813
814 /// isKnownToBeAPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
815 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
816 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
817 /// types and vectors of integers.
818 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth) {
819   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
820     if (C->isNullValue())
821       return OrZero;
822     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
823       return CI->getValue().isPowerOf2();
824     // TODO: Handle vector constants.
825   }
826
827   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
828   // it is shifted off the end then the result is undefined.
829   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
830     return true;
831
832   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
833   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
834   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
835     return true;
836
837   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
838   if (Depth++ == MaxDepth)
839     return false;
840
841   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
842   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
843   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
844                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
845     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth);
846
847   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
848     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth);
849
850   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
851     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth) &&
852       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth);
853
854   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
855     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
856     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth) ||
857         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth))
858       return true;
859     // X & (-X) is always a power of two or zero.
860     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
861       return true;
862     return false;
863   }
864
865   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
866   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
867   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
868     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
869     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
870       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
871           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
872         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth))
873           return true;
874       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
875           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
876         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth))
877           return true;
878
879       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
880       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
881       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, nullptr, Depth);
882
883       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
884       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, nullptr, Depth);
885       // If i8 V is a power of two or zero:
886       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
887       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
888       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
889         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
890         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
891         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
892           return true;
893     }
894   }
895
896   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
897   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
898   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
899   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
900       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
901     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero, Depth);
902   }
903
904   return false;
905 }
906
907 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
908 ///
909 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
910 /// to be non-null.
911 ///
912 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
913 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
914                               unsigned Depth) {
915   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
916     return false;
917
918   // FIXME: Support vector-GEPs.
919   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
920
921   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
922   // inbounds GEP in address space zero.
923   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth))
924     return true;
925
926   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
927   if (!DL)
928     return false;
929
930   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
931   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
932   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
933   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
934        GTI != GTE; ++GTI) {
935     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
936     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
937       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
938       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
939       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
940       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
941       if (ElementOffset > 0)
942         return true;
943       continue;
944     }
945
946     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
947     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
948       continue;
949
950     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
951     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
952     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
953       if (!OpC->isZero())
954         return true;
955       continue;
956     }
957
958     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
959     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
960     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
961     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
962     // of depth.
963     if (Depth++ >= MaxDepth)
964       continue;
965
966     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth))
967       return true;
968   }
969
970   return false;
971 }
972
973 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
974 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
975 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
976 /// vectors of integers.
977 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
978   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
979     if (C->isNullValue())
980       return false;
981     if (isa<ConstantInt>(C))
982       // Must be non-zero due to null test above.
983       return true;
984     // TODO: Handle vectors
985     return false;
986   }
987
988   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
989   if (Depth++ >= MaxDepth)
990     return false;
991
992   // Check for pointer simplifications.
993   if (V->getType()->isPointerTy()) {
994     if (isKnownNonNull(V))
995       return true; 
996     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
997       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth))
998         return true;
999   }
1000
1001   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
1002
1003   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1004   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1005   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1006     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
1007
1008   // ext X != 0 if X != 0.
1009   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1010     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
1011
1012   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1013   // if the lowest bit is shifted off the end.
1014   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1015     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1016     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1017     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1018       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1019
1020     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1021     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1022     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1023     if (KnownOne[0])
1024       return true;
1025   }
1026   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1027   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1028   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1029     // shr exact can only shift out zero bits.
1030     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1031     if (BO->isExact())
1032       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1033
1034     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1035     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1036     if (XKnownNegative)
1037       return true;
1038   }
1039   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1040   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1041     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1042   }
1043   // X + Y.
1044   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1045     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1046     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1047     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1048     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
1049
1050     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1051     // zero unless both X and Y are zero.
1052     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1053       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1054         return true;
1055
1056     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1057     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1058     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1059       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1060       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1061       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1062       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1063       // to INT_MIN.
1064       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1065       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1066         return true;
1067       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1068       // to INT_MIN.
1069       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1070       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1071         return true;
1072     }
1073
1074     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1075     if (XKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth))
1076       return true;
1077     if (YKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth))
1078       return true;
1079   }
1080   // X * Y.
1081   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1082     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1083     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1084     // does not overflow.
1085     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1086         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1087       return true;
1088   }
1089   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1090   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1091     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
1092         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
1093       return true;
1094   }
1095
1096   if (!BitWidth) return false;
1097   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1098   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1099   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1100   return KnownOne != 0;
1101 }
1102
1103 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
1104 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
1105 /// for bits that V cannot have.
1106 ///
1107 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1108 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1109 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1110 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1111 /// for all of the elements in the vector.
1112 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1113                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
1114   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1115   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1116   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1117 }
1118
1119
1120
1121 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1122 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1123 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1124 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1125 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1126 ///
1127 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1128 ///
1129 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1130                                   unsigned Depth) {
1131   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1132          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1133          "on non-integer values!");
1134   Type *Ty = V->getType();
1135   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1136                          Ty->getScalarSizeInBits();
1137   unsigned Tmp, Tmp2;
1138   unsigned FirstAnswer = 1;
1139
1140   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
1141   // below.
1142
1143   if (Depth == 6)
1144     return 1;  // Limit search depth.
1145
1146   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1147   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1148   default: break;
1149   case Instruction::SExt:
1150     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1151     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1152
1153   case Instruction::AShr: {
1154     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1155     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1156     const APInt *ShAmt;
1157     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1158       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1159       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1160     }
1161     return Tmp;
1162   }
1163   case Instruction::Shl: {
1164     const APInt *ShAmt;
1165     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1166       // shl destroys sign bits.
1167       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1168       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1169       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1170           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1171       return Tmp - Tmp2;
1172     }
1173     break;
1174   }
1175   case Instruction::And:
1176   case Instruction::Or:
1177   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1178     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1179     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1180     if (Tmp != 1) {
1181       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1182       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1183       // We computed what we know about the sign bits as our first
1184       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1185       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
1186     }
1187     break;
1188
1189   case Instruction::Select:
1190     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1191     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1192     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1193     return std::min(Tmp, Tmp2);
1194
1195   case Instruction::Add:
1196     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1197     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1198     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1199     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1200
1201     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1202     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1203       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1204         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1205         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1206
1207         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1208         // sign bits set.
1209         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1210           return TyBits;
1211
1212         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1213         // out of the result.
1214         if (KnownZero.isNegative())
1215           return Tmp;
1216       }
1217
1218     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1219     if (Tmp2 == 1) return 1;
1220     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1221
1222   case Instruction::Sub:
1223     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1224     if (Tmp2 == 1) return 1;
1225
1226     // Handle NEG.
1227     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1228       if (CLHS->isNullValue()) {
1229         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1230         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1231         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1232         // sign bits set.
1233         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1234           return TyBits;
1235
1236         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1237         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1238         if (KnownZero.isNegative())
1239           return Tmp2;
1240
1241         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1242       }
1243
1244     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1245     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1246     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1247     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1248     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1249
1250   case Instruction::PHI: {
1251     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1252     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1253     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1254
1255     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1256     // because of our depth threshold.
1257     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1258     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1259       if (Tmp == 1) return Tmp;
1260       Tmp = std::min(Tmp,
1261                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1262     }
1263     return Tmp;
1264   }
1265
1266   case Instruction::Trunc:
1267     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1268     // case for targets like X86.
1269     break;
1270   }
1271
1272   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1273   // use this information.
1274   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1275   APInt Mask;
1276   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1277
1278   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1279     Mask = KnownZero;
1280   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1281     Mask = KnownOne;
1282   } else {
1283     // Nothing known.
1284     return FirstAnswer;
1285   }
1286
1287   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1288   // the number of identical bits in the top of the input value.
1289   Mask = ~Mask;
1290   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1291   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1292   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1293   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1294 }
1295
1296 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1297 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1298 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1299 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1300 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1301                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1302   const unsigned MaxDepth = 6;
1303
1304   assert(V && "No Value?");
1305   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1306   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1307
1308   Type *T = V->getType();
1309
1310   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1311
1312   if (Base == 0)
1313     return false;
1314
1315   if (Base == 1) {
1316     Multiple = V;
1317     return true;
1318   }
1319
1320   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1321   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1322   if (CO && CO == BaseVal) {
1323     // Multiple is 1.
1324     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1325     return true;
1326   }
1327
1328   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1329     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1330     return true;
1331   }
1332
1333   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1334
1335   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1336   if (!I) return false;
1337
1338   switch (I->getOpcode()) {
1339   default: break;
1340   case Instruction::SExt:
1341     if (!LookThroughSExt) return false;
1342     // otherwise fall through to ZExt
1343   case Instruction::ZExt:
1344     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1345                            LookThroughSExt, Depth+1);
1346   case Instruction::Shl:
1347   case Instruction::Mul: {
1348     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1349     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1350
1351     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1352       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1353       if (!Op1CI) return false;
1354       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1355       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1356       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1357       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1358       API.setBit(BitToSet);
1359       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1360     }
1361
1362     Value *Mul0 = nullptr;
1363     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1364       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1365         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1366           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1367               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1368             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1369           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1370               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1371             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1372
1373           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1374           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1375           return true;
1376         }
1377
1378       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1379         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1380           // V == Base * Op1, so return Op1
1381           Multiple = Op1;
1382           return true;
1383         }
1384     }
1385
1386     Value *Mul1 = nullptr;
1387     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1388       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1389         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1390           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1391               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1392             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1393           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1394               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1395             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1396
1397           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1398           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1399           return true;
1400         }
1401
1402       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1403         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1404           // V == Base * Op0, so return Op0
1405           Multiple = Op0;
1406           return true;
1407         }
1408     }
1409   }
1410   }
1411
1412   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1413   return false;
1414 }
1415
1416 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP
1417 /// value is never equal to -0.0.
1418 ///
1419 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1420 /// rounding modes!
1421 ///
1422 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1423   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1424     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1425
1426   if (Depth == 6)
1427     return 1;  // Limit search depth.
1428
1429   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1430   if (!I) return false;
1431
1432   // Check if the nsz fast-math flag is set
1433   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1434     if (FPO->hasNoSignedZeros())
1435       return true;
1436
1437   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1438   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
1439     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
1440       if (CFP->isNullValue())
1441         return true;
1442
1443   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1444   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1445     return true;
1446
1447   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1448     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1449     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1450       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1451
1452   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1453     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1454       if (F->isDeclaration()) {
1455         // abs(x) != -0.0
1456         if (F->getName() == "abs") return true;
1457         // fabs[lf](x) != -0.0
1458         if (F->getName() == "fabs") return true;
1459         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1460         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1461         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1462             F->getName() == "sqrtl")
1463           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1464       }
1465     }
1466
1467   return false;
1468 }
1469
1470 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1471 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1472 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1473 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1474 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1475 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1476   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1477   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1478
1479   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1480   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1481     if (C->isNullValue())
1482       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1483
1484   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1485   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
1486   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1487     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1488       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1489     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1490       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1491     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1492   }
1493
1494   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
1495   // multiple of 8 bits.
1496   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1497     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1498     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1499       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1500       // same at all levels.
1501       APInt Val = CI->getValue();
1502       APInt Val2;
1503       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1504         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1505         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1506         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1507         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1508
1509         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1510         if (Val != Val2)
1511           return nullptr;
1512       }
1513       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1514     }
1515   }
1516
1517   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1518   // also splatable.
1519   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1520     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1521     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1522     if (!Val)
1523       return nullptr;
1524
1525     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1526       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1527         return nullptr;
1528
1529     return Val;
1530   }
1531
1532   // Conceptually, we could handle things like:
1533   //   %a = zext i8 %X to i16
1534   //   %b = shl i16 %a, 8
1535   //   %c = or i16 %a, %b
1536   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1537   // worth worrying about.
1538   return nullptr;
1539 }
1540
1541
1542 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1543 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1544 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1545 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1546 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1547 // build on that.
1548 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1549                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
1550                                 unsigned IdxSkip,
1551                                 Instruction *InsertBefore) {
1552   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1553   if (STy) {
1554     // Save the original To argument so we can modify it
1555     Value *OrigTo = To;
1556     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1557     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1558       // Process each struct element recursively
1559       Idxs.push_back(i);
1560       Value *PrevTo = To;
1561       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1562                              InsertBefore);
1563       Idxs.pop_back();
1564       if (!To) {
1565         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1566         while (PrevTo != OrigTo) {
1567           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1568           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1569           Del->eraseFromParent();
1570         }
1571         // Stop processing elements
1572         break;
1573       }
1574     }
1575     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1576     if (To)
1577       return To;
1578   }
1579   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1580   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1581   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1582   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1583
1584   // Find the value that is at that particular spot
1585   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1586
1587   if (!V)
1588     return nullptr;
1589
1590   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1591   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1592                                        "tmp", InsertBefore);
1593 }
1594
1595 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1596 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1597 // { a, { b, { c, d }, e } }
1598 // and the indices "1, 1" this returns
1599 // { c, d }.
1600 //
1601 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1602 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1603 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1604 // insertvalue instruction somewhere).
1605 //
1606 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1607 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1608                                 Instruction *InsertBefore) {
1609   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1610   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1611                                                              idx_range);
1612   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1613   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1614   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1615
1616   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1617 }
1618
1619 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1620 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1621 /// were inserted directly into the aggregrate.
1622 ///
1623 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1624 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1625 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1626                                Instruction *InsertBefore) {
1627   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1628   // recursion).
1629   if (idx_range.empty())
1630     return V;
1631   // We have indices, so V should have an indexable type.
1632   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1633          "Not looking at a struct or array?");
1634   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1635          "Invalid indices for type?");
1636
1637   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1638     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1639     if (!C) return nullptr;
1640     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1641   }
1642
1643   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1644     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1645     // requested indices
1646     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1647     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1648          i != e; ++i, ++req_idx) {
1649       if (req_idx == idx_range.end()) {
1650         // We can't handle this without inserting insertvalues
1651         if (!InsertBefore)
1652           return nullptr;
1653
1654         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1655         // this specially. For example,
1656         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1657         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1658         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1659         // This can be changed into
1660         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1661         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1662         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1663         // removed.
1664         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1665                                  InsertBefore);
1666       }
1667
1668       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1669       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1670       // looking for, then.
1671       if (*req_idx != *i)
1672         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1673                                  InsertBefore);
1674     }
1675     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1676     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1677     // the inserted value, passing any remaining indices.
1678     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1679                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1680                              InsertBefore);
1681   }
1682
1683   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1684     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1685     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1686     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1687
1688     // Calculate the number of indices required
1689     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1690     // Allocate some space to put the new indices in
1691     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1692     Idxs.reserve(size);
1693     // Add indices from the extract value instruction
1694     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1695
1696     // Add requested indices
1697     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1698
1699     assert(Idxs.size() == size
1700            && "Number of indices added not correct?");
1701
1702     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1703   }
1704   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1705   // or load instruction)
1706   return nullptr;
1707 }
1708
1709 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1710 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1711 /// base and offset to the caller.
1712 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1713                                               const DataLayout *DL) {
1714   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
1715   // the widest we support.
1716   unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()) : 64;
1717   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
1718   while (1) {
1719     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
1720       break;
1721
1722     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1723       if (DL) {
1724         APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
1725         if (!GEP->accumulateConstantOffset(*DL, GEPOffset))
1726           break;
1727
1728         ByteOffset += GEPOffset;
1729       }
1730
1731       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1732     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
1733                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
1734       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1735     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1736       if (GA->mayBeOverridden())
1737         break;
1738       Ptr = GA->getAliasee();
1739     } else {
1740       break;
1741     }
1742   }
1743   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
1744   return Ptr;
1745 }
1746
1747
1748 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1749 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1750 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1751 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1752                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1753   assert(V);
1754
1755   // Look through bitcast instructions and geps.
1756   V = V->stripPointerCasts();
1757
1758   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1759   // offset.
1760   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1761     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1762     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1763       return false;
1764
1765     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1766     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1767     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1768     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1769       return false;
1770
1771     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1772     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1773     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1774     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
1775       return false;
1776
1777     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1778     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1779     // the string.
1780     uint64_t StartIdx = 0;
1781     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1782       StartIdx = CI->getZExtValue();
1783     else
1784       return false;
1785     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1786   }
1787
1788   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1789   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1790   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1791   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1792   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1793     return false;
1794
1795   // Handle the all-zeros case
1796   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1797     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1798     // length of the string must be zero.
1799     Str = "";
1800     return true;
1801   }
1802
1803   // Must be a Constant Array
1804   const ConstantDataArray *Array =
1805     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1806   if (!Array || !Array->isString())
1807     return false;
1808
1809   // Get the number of elements in the array
1810   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1811
1812   // Start out with the entire array in the StringRef.
1813   Str = Array->getAsString();
1814
1815   if (Offset > NumElts)
1816     return false;
1817
1818   // Skip over 'offset' bytes.
1819   Str = Str.substr(Offset);
1820
1821   if (TrimAtNul) {
1822     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1823     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1824     // some other way that the string is length-bound.
1825     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1826   }
1827   return true;
1828 }
1829
1830 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1831 // nodes.
1832 // TODO: See if we can integrate these two together.
1833
1834 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1835 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1836 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
1837   // Look through noop bitcast instructions.
1838   V = V->stripPointerCasts();
1839
1840   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1841   // or we haven't.
1842   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1843     if (!PHIs.insert(PN))
1844       return ~0ULL;  // already in the set.
1845
1846     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1847     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1848     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1849       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1850       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1851
1852       if (Len == ~0ULL) continue;
1853
1854       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1855         return 0;    // Disagree -> unknown.
1856       LenSoFar = Len;
1857     }
1858
1859     // Success, all agree.
1860     return LenSoFar;
1861   }
1862
1863   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1864   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1865     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1866     if (Len1 == 0) return 0;
1867     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1868     if (Len2 == 0) return 0;
1869     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1870     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1871     if (Len1 != Len2) return 0;
1872     return Len1;
1873   }
1874
1875   // Otherwise, see if we can read the string.
1876   StringRef StrData;
1877   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1878     return 0;
1879
1880   return StrData.size()+1;
1881 }
1882
1883 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1884 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1885 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1886   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1887
1888   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1889   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1890   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1891   // an empty string as a length.
1892   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1893 }
1894
1895 Value *
1896 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
1897   if (!V->getType()->isPointerTy())
1898     return V;
1899   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1900     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1901       V = GEP->getPointerOperand();
1902     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
1903                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
1904       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1905     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1906       if (GA->mayBeOverridden())
1907         return V;
1908       V = GA->getAliasee();
1909     } else {
1910       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1911       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1912         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1913         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, nullptr)) {
1914           V = Simplified;
1915           continue;
1916         }
1917
1918       return V;
1919     }
1920     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1921   }
1922   return V;
1923 }
1924
1925 void
1926 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
1927                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
1928                            const DataLayout *TD,
1929                            unsigned MaxLookup) {
1930   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1931   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
1932   Worklist.push_back(V);
1933   do {
1934     Value *P = Worklist.pop_back_val();
1935     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
1936
1937     if (!Visited.insert(P))
1938       continue;
1939
1940     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
1941       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
1942       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
1943       continue;
1944     }
1945
1946     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
1947       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1948         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
1949       continue;
1950     }
1951
1952     Objects.push_back(P);
1953   } while (!Worklist.empty());
1954 }
1955
1956 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1957 /// are lifetime markers.
1958 ///
1959 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1960   for (const User *U : V->users()) {
1961     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
1962     if (!II) return false;
1963
1964     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1965         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1966       return false;
1967   }
1968   return true;
1969 }
1970
1971 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1972                                         const DataLayout *TD) {
1973   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1974   if (!Inst)
1975     return false;
1976
1977   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1978     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1979       if (C->canTrap())
1980         return false;
1981
1982   switch (Inst->getOpcode()) {
1983   default:
1984     return true;
1985   case Instruction::UDiv:
1986   case Instruction::URem:
1987     // x / y is undefined if y == 0, but calculations like x / 3 are safe.
1988     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1989   case Instruction::SDiv:
1990   case Instruction::SRem: {
1991     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1992     // x / y is undefined if y == 0
1993     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1994       return false;
1995     // x / y might be undefined if y == -1
1996     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1997     if (BitWidth == 0)
1998       return false;
1999     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2000     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2001     computeKnownBits(Op, KnownZero, KnownOne, TD);
2002     return !!KnownZero;
2003   }
2004   case Instruction::Load: {
2005     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
2006     if (!LI->isUnordered() ||
2007         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
2008         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread))
2009       return false;
2010     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer(TD);
2011   }
2012   case Instruction::Call: {
2013    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
2014      switch (II->getIntrinsicID()) {
2015        // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
2016        // information about their operands.
2017        // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
2018        // should be considered at least *safe* to speculate...
2019        case Intrinsic::dbg_declare:
2020        case Intrinsic::dbg_value:
2021          return true;
2022
2023        case Intrinsic::bswap:
2024        case Intrinsic::ctlz:
2025        case Intrinsic::ctpop:
2026        case Intrinsic::cttz:
2027        case Intrinsic::objectsize:
2028        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2029        case Intrinsic::smul_with_overflow:
2030        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2031        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2032        case Intrinsic::umul_with_overflow:
2033        case Intrinsic::usub_with_overflow:
2034          return true;
2035        // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
2036        // errno like libm sqrt would.
2037        case Intrinsic::sqrt:
2038        case Intrinsic::fma:
2039        case Intrinsic::fmuladd:
2040          return true;
2041        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2042        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2043        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2044        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2045        default: break;
2046      }
2047    }
2048     return false; // The called function could have undefined behavior or
2049                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2050   }
2051   case Instruction::VAArg:
2052   case Instruction::Alloca:
2053   case Instruction::Invoke:
2054   case Instruction::PHI:
2055   case Instruction::Store:
2056   case Instruction::Ret:
2057   case Instruction::Br:
2058   case Instruction::IndirectBr:
2059   case Instruction::Switch:
2060   case Instruction::Unreachable:
2061   case Instruction::Fence:
2062   case Instruction::LandingPad:
2063   case Instruction::AtomicRMW:
2064   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2065   case Instruction::Resume:
2066     return false; // Misc instructions which have effects
2067   }
2068 }
2069
2070 /// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
2071 /// null.
2072 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2073   // Alloca never returns null, malloc might.
2074   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2075
2076   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
2077   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2078     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
2079
2080   // Global values are not null unless extern weak.
2081   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2082     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2083
2084   if (ImmutableCallSite CS = V)
2085     if (CS.isReturnNonNull())
2086       return true;
2087
2088   // operator new never returns null.
2089   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
2090     return true;
2091
2092   return false;
2093 }