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