[ValueTracking] computeOverflowForSignedAdd and isKnownNonNegative
[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/AssumptionCache.h"
18 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
19 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
20 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
21 #include "llvm/IR/CallSite.h"
22 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
23 #include "llvm/IR/Constants.h"
24 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
26 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
27 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
30 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
32 #include "llvm/IR/Metadata.h"
33 #include "llvm/IR/Operator.h"
34 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
35 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
38 #include <cstring>
39 using namespace llvm;
40 using namespace llvm::PatternMatch;
41
42 const unsigned MaxDepth = 6;
43
44 /// Enable an experimental feature to leverage information about dominating
45 /// conditions to compute known bits.  The individual options below control how
46 /// hard we search.  The defaults are chosen to be fairly aggressive.  If you
47 /// run into compile time problems when testing, scale them back and report
48 /// your findings.
49 static cl::opt<bool> EnableDomConditions("value-tracking-dom-conditions",
50                                          cl::Hidden, cl::init(false));
51
52 // This is expensive, so we only do it for the top level query value.
53 // (TODO: evaluate cost vs profit, consider higher thresholds)
54 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDepth("dom-conditions-max-depth",
55                                                cl::Hidden, cl::init(1));
56
57 /// How many dominating blocks should be scanned looking for dominating
58 /// conditions?
59 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDomBlocks("dom-conditions-dom-blocks",
60                                                    cl::Hidden,
61                                                    cl::init(20000));
62
63 // Controls the number of uses of the value searched for possible
64 // dominating comparisons.
65 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
66                                               cl::Hidden, cl::init(2000));
67
68 // If true, don't consider only compares whose only use is a branch.
69 static cl::opt<bool> DomConditionsSingleCmpUse("dom-conditions-single-cmp-use",
70                                                cl::Hidden, cl::init(false));
71
72 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
73 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
74 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
75   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
76     return BitWidth;
77
78   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
79 }
80
81 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
82 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
83 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
84 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
85 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
86 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
87 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
88 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
89 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
90
91 namespace {
92 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
93 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
94 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
95 // figuring out if we can use it.
96 struct Query {
97   ExclInvsSet ExclInvs;
98   AssumptionCache *AC;
99   const Instruction *CxtI;
100   const DominatorTree *DT;
101
102   Query(AssumptionCache *AC = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
103         const DominatorTree *DT = nullptr)
104       : AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
105
106   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
107       : ExclInvs(Q.ExclInvs), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
108     ExclInvs.insert(NewExcl);
109   }
110 };
111 } // end anonymous namespace
112
113 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
114 // the preferred context instruction (if any).
115 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
116   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
117   // it has been inserted).
118   if (CxtI && CxtI->getParent())
119     return CxtI;
120
121   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
122   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
123   if (CxtI && CxtI->getParent())
124     return CxtI;
125
126   return nullptr;
127 }
128
129 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
130                              const DataLayout &DL, unsigned Depth,
131                              const Query &Q);
132
133 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
135                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
136                             const DominatorTree *DT) {
137   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
138                      Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
139 }
140
141 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(Value *LHS, Value *RHS, const DataLayout &DL,
142                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
143                                const DominatorTree *DT) {
144   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
145          "LHS and RHS should have the same type");
146   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
147          "LHS and RHS should be integers");
148   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
149   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
150   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
151   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
152   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
153   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
154 }
155
156 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
157                            const DataLayout &DL, unsigned Depth,
158                            const Query &Q);
159
160 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
161                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
162                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
163                           const DominatorTree *DT) {
164   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
165                    Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
166 }
167
168 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
169                                    const Query &Q, const DataLayout &DL);
170
171 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, const DataLayout &DL, bool OrZero,
172                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
173                                   const Instruction *CxtI,
174                                   const DominatorTree *DT) {
175   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
176                                   Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT), DL);
177 }
178
179 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
180                            const Query &Q);
181
182 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
183                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
184                           const DominatorTree *DT) {
185   return ::isKnownNonZero(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
186 }
187
188 bool llvm::isKnownNonNegative(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
189                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
190                               const DominatorTree *DT) {
191   bool NonNegative, Negative;
192   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
193   return NonNegative;
194 }
195
196 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
197                               unsigned Depth, const Query &Q);
198
199 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
200                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
201                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
202   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, DL, Depth,
203                              Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
204 }
205
206 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
207                                    unsigned Depth, const Query &Q);
208
209 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
210                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
211                                   const Instruction *CxtI,
212                                   const DominatorTree *DT) {
213   return ::ComputeNumSignBits(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
214 }
215
216 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
217                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
218                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
219                                    const DataLayout &DL, unsigned Depth,
220                                    const Query &Q) {
221   if (!Add) {
222     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
223       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
224       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
225       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
226       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
227         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
228         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
229         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
230         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
231         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
232
233         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
234         // output top bits are zero, because we now know that the output is
235         // from [0-C].
236         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
237           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
238           // Top bits known zero.
239           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
240         }
241       }
242     }
243   }
244
245   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
246
247   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
248   // corresponding bits in the operands are not needed.
249   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
250   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, Depth + 1, Q);
251   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
252
253   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
254   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
255   if (!Add) {
256     // Sum = LHS + ~RHS + 1
257     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
258     CarryIn.setBit(0);
259   }
260
261   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
262   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
263
264   // Compute known bits of the carry.
265   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
266   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
267
268   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
269   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
270   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
271   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
272   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
273
274   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
275          "known bits of sum differ");
276
277   // Compute known bits of the result.
278   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
279   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
280
281   // Are we still trying to solve for the sign bit?
282   if (!Known.isNegative()) {
283     if (NSW) {
284       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
285       // a non-negative one, can't wrap into negative.
286       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
287         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
288       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
289       // a negative one, can't wrap into non-negative.
290       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
291         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
292     }
293   }
294 }
295
296 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
297                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
298                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
299                                 const DataLayout &DL, unsigned Depth,
300                                 const Query &Q) {
301   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
302   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
303   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
304
305   bool isKnownNegative = false;
306   bool isKnownNonNegative = false;
307   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
308   if (NSW) {
309     if (Op0 == Op1) {
310       // The product of a number with itself is non-negative.
311       isKnownNonNegative = true;
312     } else {
313       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
314       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
315       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
316       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
317       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
318       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
319         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
320       // The product of a negative number and a non-negative number is either
321       // negative or zero.
322       if (!isKnownNonNegative)
323         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
324                            isKnownNonZero(Op0, DL, Depth, Q)) ||
325                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
326                            isKnownNonZero(Op1, DL, Depth, Q));
327     }
328   }
329
330   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
331   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
332   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
333   // interesting case of alignment computation.
334   KnownOne.clearAllBits();
335   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
336                     KnownZero2.countTrailingOnes();
337   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
338                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
339                              BitWidth) - BitWidth;
340
341   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
342   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
343   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
344               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
345
346   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
347   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
348   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
349   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
350   // whatever we like here.
351   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
352     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
353   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
354     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
355 }
356
357 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
358                                              APInt &KnownZero) {
359   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
360   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
361   assert(NumRanges >= 1);
362
363   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
364   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
365   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
366     ConstantInt *Lower =
367         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
368     ConstantInt *Upper =
369         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
370     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
371     if (Range.isWrappedSet())
372       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
373     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
374     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
375   }
376
377   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
378 }
379
380 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
381   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
382   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
383   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
384
385   while (!WorkSet.empty()) {
386     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
387     if (!Visited.insert(V).second)
388       continue;
389
390     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
391     bool FoundNEUse = false;
392     for (const User *I : V->users())
393       if (!EphValues.count(I)) {
394         FoundNEUse = true;
395         break;
396       }
397
398     if (!FoundNEUse) {
399       if (V == E)
400         return true;
401
402       EphValues.insert(V);
403       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
404         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
405              J != JE; ++J) {
406           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
407             WorkSet.push_back(*J);
408         }
409     }
410   }
411
412   return false;
413 }
414
415 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
416 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
417   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
418     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
419       switch (F->getIntrinsicID()) {
420       default: break;
421       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
422       case Intrinsic::assume:
423       case Intrinsic::dbg_declare:
424       case Intrinsic::dbg_value:
425       case Intrinsic::invariant_start:
426       case Intrinsic::invariant_end:
427       case Intrinsic::lifetime_start:
428       case Intrinsic::lifetime_end:
429       case Intrinsic::objectsize:
430       case Intrinsic::ptr_annotation:
431       case Intrinsic::var_annotation:
432         return true;
433       }
434
435   return false;
436 }
437
438 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q) {
439   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
440
441   // There are two restrictions on the use of an assume:
442   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
443   //     reach the assume whenever it reaches the context).
444   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
445   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
446   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
447   //     the assume).
448
449   if (Q.DT) {
450     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
451       return true;
452     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
453       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
454       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
455       for (BasicBlock::const_iterator I =
456              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
457                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
458         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) && !isAssumeLikeIntrinsic(I))
459           return false;
460
461       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
462     }
463
464     return false;
465   }
466
467   // When we don't have a DT, we do a limited search...
468   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
469     return true;
470   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
471     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
472     // of the block); the common case is that the assume will come first.
473     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
474          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
475       if (I == Q.CxtI)
476         return true;
477
478     // The context must come first...
479     for (BasicBlock::const_iterator I =
480            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
481                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
482       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) && !isAssumeLikeIntrinsic(I))
483         return false;
484
485     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
486   }
487
488   return false;
489 }
490
491 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
492                                    const Instruction *CxtI,
493                                    const DominatorTree *DT) {
494   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction *>(I),
495                                    Query(nullptr, CxtI, DT));
496 }
497
498 template<typename LHS, typename RHS>
499 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
500                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
501 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
502   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
503 }
504
505 template<typename LHS, typename RHS>
506 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
507                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
508 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
509   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
510 }
511
512 template<typename LHS, typename RHS>
513 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
514                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
515 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
516   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
517 }
518
519 template<typename LHS, typename RHS>
520 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
521                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
522 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
523   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
524 }
525
526 /// Compute known bits in 'V' under the assumption that the condition 'Cmp' is
527 /// true (at the context instruction.)  This is mostly a utility function for
528 /// the prototype dominating conditions reasoning below.
529 static void computeKnownBitsFromTrueCondition(Value *V, ICmpInst *Cmp,
530                                               APInt &KnownZero,
531                                               APInt &KnownOne,
532                                               const DataLayout &DL,
533                                               unsigned Depth, const Query &Q) {
534   Value *LHS = Cmp->getOperand(0);
535   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
536   // TODO: We could potentially be more aggressive here.  This would be worth
537   // evaluating.  If we can, explore commoning this code with the assume
538   // handling logic.
539   if (LHS != V && RHS != V)
540     return;
541
542   const unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
543
544   switch (Cmp->getPredicate()) {
545   default:
546     // We know nothing from this condition
547     break;
548   // TODO: implement unsigned bound from below (known one bits)
549   // TODO: common condition check implementations with assumes
550   // TODO: implement other patterns from assume (e.g. V & B == A)
551   case ICmpInst::ICMP_SGT:
552     if (LHS == V) {
553       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
554       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
555       if (KnownOneTemp.isAllOnesValue() || KnownZeroTemp.isNegative()) {
556         // We know that the sign bit is zero.
557         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
558       }
559     }
560     break;
561   case ICmpInst::ICMP_EQ:
562     {
563       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
564       if (LHS == V)
565         computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
566       else if (RHS == V)
567         computeKnownBits(LHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
568       else
569         llvm_unreachable("missing use?");
570       KnownZero |= KnownZeroTemp;
571       KnownOne |= KnownOneTemp;
572     }
573     break;
574   case ICmpInst::ICMP_ULE:
575     if (LHS == V) {
576       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
577       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
578       // The known zero bits carry over
579       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
580       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
581     }
582     break;
583   case ICmpInst::ICMP_ULT:
584     if (LHS == V) {
585       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
586       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
587       // Whatever high bits in rhs are zero are known to be zero (if rhs is a
588       // power of 2, then one more).
589       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
590       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(RHS, false, Depth + 1, Query(Q, Cmp), DL))
591         SignBits++;
592       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
593     }
594     break;
595   };
596 }
597
598 /// Compute known bits in 'V' from conditions which are known to be true along
599 /// all paths leading to the context instruction.  In particular, look for
600 /// cases where one branch of an interesting condition dominates the context
601 /// instruction.  This does not do general dataflow.
602 /// NOTE: This code is EXPERIMENTAL and currently off by default.
603 static void computeKnownBitsFromDominatingCondition(Value *V, APInt &KnownZero,
604                                                     APInt &KnownOne,
605                                                     const DataLayout &DL,
606                                                     unsigned Depth,
607                                                     const Query &Q) {
608   // Need both the dominator tree and the query location to do anything useful
609   if (!Q.DT || !Q.CxtI)
610     return;
611   Instruction *Cxt = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
612
613   // Avoid useless work
614   if (auto VI = dyn_cast<Instruction>(V))
615     if (VI->getParent() == Cxt->getParent())
616       return;
617
618   // Note: We currently implement two options.  It's not clear which of these
619   // will survive long term, we need data for that.
620   // Option 1 - Try walking the dominator tree looking for conditions which
621   // might apply.  This works well for local conditions (loop guards, etc..),
622   // but not as well for things far from the context instruction (presuming a
623   // low max blocks explored).  If we can set an high enough limit, this would
624   // be all we need.
625   // Option 2 - We restrict out search to those conditions which are uses of
626   // the value we're interested in.  This is independent of dom structure,
627   // but is slightly less powerful without looking through lots of use chains.
628   // It does handle conditions far from the context instruction (e.g. early
629   // function exits on entry) really well though.
630
631   // Option 1 - Search the dom tree
632   unsigned NumBlocksExplored = 0;
633   BasicBlock *Current = Cxt->getParent();
634   while (true) {
635     // Stop searching if we've gone too far up the chain
636     if (NumBlocksExplored >= DomConditionsMaxDomBlocks)
637       break;
638     NumBlocksExplored++;
639
640     if (!Q.DT->getNode(Current)->getIDom())
641       break;
642     Current = Q.DT->getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
643     if (!Current)
644       // found function entry
645       break;
646
647     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Current->getTerminator());
648     if (!BI || BI->isUnconditional())
649       continue;
650     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
651     if (!Cmp)
652       continue;
653
654     // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the context
655     // instruction.  Finding a condition where one path dominates the context
656     // isn't enough because both the true and false cases could merge before
657     // the context instruction we're actually interested in.  Instead, we need
658     // to ensure that the taken *edge* dominates the context instruction.
659     BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
660     BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
661     if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
662       continue;
663
664     computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
665                                       Q);
666   }
667
668   // Option 2 - Search the other uses of V
669   unsigned NumUsesExplored = 0;
670   for (auto U : V->users()) {
671     // Avoid massive lists
672     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
673       break;
674     NumUsesExplored++;
675     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
676     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
677     if (!Cmp)
678       continue;
679
680     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
681       continue;
682
683     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
684       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
685       if (!BI || BI->isUnconditional())
686         continue;
687       // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the
688       // context instruction.  Finding a condition where one path dominates
689       // the context isn't enough because both the true and false cases could
690       // merge before the context instruction we're actually interested in.
691       // Instead, we need to ensure that the taken *edge* dominates the context
692       // instruction. 
693       BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
694       BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
695       if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
696         continue;
697
698       computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
699                                         Q);
700     }
701   }
702 }
703
704 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
705                                        APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
706                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
707   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
708   // cannot use them!
709   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
710     return;
711
712   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
713
714   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptions()) {
715     if (!AssumeVH)
716       continue;
717     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
718     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
719            "Got assumption for the wrong function!");
720     if (Q.ExclInvs.count(I))
721       continue;
722
723     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
724     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
725     // runtime of ~O(#assumes * #values).
726
727     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
728            "must be an assume intrinsic");
729
730     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
731
732     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
733       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
734       KnownZero.clearAllBits();
735       KnownOne.setAllBits();
736       return;
737     }
738
739     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
740     if (Depth == MaxDepth)
741       continue;
742
743     Value *A, *B;
744     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
745                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
746                            m_BitCast(m_Specific(V))));
747
748     CmpInst::Predicate Pred;
749     ConstantInt *C;
750     // assume(v = a)
751     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
752         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
753       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
754       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
755       KnownZero |= RHSKnownZero;
756       KnownOne  |= RHSKnownOne;
757     // assume(v & b = a)
758     } else if (match(Arg,
759                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
760                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
761       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
762       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
763       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
764       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
765
766       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
767       // known bits from the RHS to V.
768       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
769       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
770     // assume(~(v & b) = a)
771     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
772                                    m_Value(A))) &&
773                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
774       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
775       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
776       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
777       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
778
779       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
780       // inverted known bits from the RHS to V.
781       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
782       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
783     // assume(v | b = a)
784     } else if (match(Arg,
785                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
786                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
787       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
788       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
789       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
790       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
791
792       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
793       // bits from the RHS to V.
794       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
795       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
796     // assume(~(v | b) = a)
797     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
798                                    m_Value(A))) &&
799                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
800       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
801       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
802       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
803       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
804
805       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
806       // inverted known bits from the RHS to V.
807       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
808       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
809     // assume(v ^ b = a)
810     } else if (match(Arg,
811                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
812                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
813       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
814       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
815       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
816       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
817
818       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
819       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
820       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
821       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
822       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
823       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
824       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
825     // assume(~(v ^ b) = a)
826     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
827                                    m_Value(A))) &&
828                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
829       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
830       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
831       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
832       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
833
834       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
835       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
836       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
837       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
838       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
839       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
840       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
841     // assume(v << c = a)
842     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
843                                    m_Value(A))) &&
844                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
845       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
846       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
847       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
848       // bits in V shifted to the right by C.
849       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
850       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
851     // assume(~(v << c) = a)
852     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
853                                    m_Value(A))) &&
854                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
855       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
856       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
857       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
858       // to known bits in V shifted to the right by C.
859       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
860       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
861     // assume(v >> c = a)
862     } else if (match(Arg,
863                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
864                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
865                               m_Value(A))) &&
866                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
867       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
868       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
869       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
870       // bits in V shifted to the right by C.
871       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
872       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
873     // assume(~(v >> c) = a)
874     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
875                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
876                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
877                                    m_Value(A))) &&
878                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
879       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
880       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
881       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
882       // to known bits in V shifted to the right by C.
883       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
884       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
885     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
886     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
887                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
888       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
889       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
890
891       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
892         // We know that the sign bit is zero.
893         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
894       }
895     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
896     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
897                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
898       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
899       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
900
901       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
902         // We know that the sign bit is zero.
903         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
904       }
905     // assume(v <=_s c) where c is negative
906     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
907                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
908       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
909       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
910
911       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
912         // We know that the sign bit is one.
913         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
914       }
915     // assume(v <_s c) where c is non-positive
916     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
917                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
918       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
919       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
920
921       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
922         // We know that the sign bit is one.
923         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
924       }
925     // assume(v <=_u c)
926     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
927                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
928       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
929       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
930
931       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
932       KnownZero |=
933         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
934     // assume(v <_u c)
935     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
936                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
937       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
938       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
939
940       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
941       // of 2, then one more).
942       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I), DL))
943         KnownZero |=
944           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
945       else
946         KnownZero |=
947           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
948     }
949   }
950 }
951
952 static void computeKnownBitsFromOperator(Operator *I, APInt &KnownZero,
953                                          APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
954                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
955   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
956
957   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
958   switch (I->getOpcode()) {
959   default: break;
960   case Instruction::Load:
961     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
962       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
963     break;
964   case Instruction::And: {
965     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
966     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
967     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
968
969     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
970     KnownOne &= KnownOne2;
971     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
972     KnownZero |= KnownZero2;
973     break;
974   }
975   case Instruction::Or: {
976     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
977     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
978
979     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
980     KnownZero &= KnownZero2;
981     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
982     KnownOne |= KnownOne2;
983     break;
984   }
985   case Instruction::Xor: {
986     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
987     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
988
989     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
990     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
991     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
992     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
993     KnownZero = KnownZeroOut;
994     break;
995   }
996   case Instruction::Mul: {
997     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
998     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
999                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1000     break;
1001   }
1002   case Instruction::UDiv: {
1003     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1004     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1005     // be less than the denominator.
1006     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1007     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
1008
1009     KnownOne2.clearAllBits();
1010     KnownZero2.clearAllBits();
1011     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1012     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
1013     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
1014       LeadZ = std::min(BitWidth,
1015                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
1016
1017     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
1018     break;
1019   }
1020   case Instruction::Select:
1021     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1022     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1023
1024     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1025     KnownOne &= KnownOne2;
1026     KnownZero &= KnownZero2;
1027     break;
1028   case Instruction::FPTrunc:
1029   case Instruction::FPExt:
1030   case Instruction::FPToUI:
1031   case Instruction::FPToSI:
1032   case Instruction::SIToFP:
1033   case Instruction::UIToFP:
1034     break; // Can't work with floating point.
1035   case Instruction::PtrToInt:
1036   case Instruction::IntToPtr:
1037   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
1038     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
1039   case Instruction::ZExt:
1040   case Instruction::Trunc: {
1041     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1042
1043     unsigned SrcBitWidth;
1044     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1045     // which fall through here.
1046     SrcBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1047
1048     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1049     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1050     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1051     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1052     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1053     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1054     // Any top bits are known to be zero.
1055     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1056       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1057     break;
1058   }
1059   case Instruction::BitCast: {
1060     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1061     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
1062         // TODO: For now, not handling conversions like:
1063         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1064         !I->getType()->isVectorTy()) {
1065       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1066       break;
1067     }
1068     break;
1069   }
1070   case Instruction::SExt: {
1071     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1072     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1073
1074     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1075     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1076     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1077     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
1078     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
1079
1080     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1081     // top bits of the result.
1082     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1083       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1084     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1085       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1086     break;
1087   }
1088   case Instruction::Shl:
1089     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1090     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1091       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1092       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1093       KnownZero <<= ShiftAmt;
1094       KnownOne  <<= ShiftAmt;
1095       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
1096     }
1097     break;
1098   case Instruction::LShr:
1099     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1100     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1101       // Compute the new bits that are at the top now.
1102       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1103
1104       // Unsigned shift right.
1105       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1106       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1107       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1108       // high bits known zero.
1109       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1110     }
1111     break;
1112   case Instruction::AShr:
1113     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1114     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1115       // Compute the new bits that are at the top now.
1116       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
1117
1118       // Signed shift right.
1119       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1120       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1121       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1122
1123       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
1124       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
1125         KnownZero |= HighBits;
1126       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
1127         KnownOne |= HighBits;
1128     }
1129     break;
1130   case Instruction::Sub: {
1131     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1132     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1133                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1134                            Depth, Q);
1135     break;
1136   }
1137   case Instruction::Add: {
1138     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1139     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1140                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1141                            Depth, Q);
1142     break;
1143   }
1144   case Instruction::SRem:
1145     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1146       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1147       if (RA.isPowerOf2()) {
1148         APInt LowBits = RA - 1;
1149         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1,
1150                          Q);
1151
1152         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1153         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1154         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1155
1156         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1157         // the upper bits are all zero.
1158         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1159           KnownZero |= ~LowBits;
1160
1161         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1162         // the upper bits are all one.
1163         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1164           KnownOne |= ~LowBits;
1165
1166         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1167       }
1168     }
1169
1170     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1171     // remainder is zero.
1172     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1173       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1174       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL,
1175                        Depth + 1, Q);
1176       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1177       if (LHSKnownZero.isNegative())
1178         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1179     }
1180
1181     break;
1182   case Instruction::URem: {
1183     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1184       APInt RA = Rem->getValue();
1185       if (RA.isPowerOf2()) {
1186         APInt LowBits = (RA - 1);
1187         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
1188                          Q);
1189         KnownZero |= ~LowBits;
1190         KnownOne &= LowBits;
1191         break;
1192       }
1193     }
1194
1195     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1196     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1197     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1198     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1199
1200     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1201                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1202     KnownOne.clearAllBits();
1203     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1204     break;
1205   }
1206
1207   case Instruction::Alloca: {
1208     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1209     unsigned Align = AI->getAlignment();
1210     if (Align == 0)
1211       Align = DL.getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1212
1213     if (Align > 0)
1214       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1215     break;
1216   }
1217   case Instruction::GetElementPtr: {
1218     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1219     // to determine if we can prove known low zero bits.
1220     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1221     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL,
1222                      Depth + 1, Q);
1223     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1224
1225     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1226     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1227       Value *Index = I->getOperand(i);
1228       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1229         // Handle struct member offset arithmetic.
1230
1231         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1232         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1233         if (CIndex->isZeroValue())
1234           continue;
1235
1236         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1237           Index = CIndex->getSplatValue();
1238
1239         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1240         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1241         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1242         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1243                                     countTrailingZeros(Offset));
1244       } else {
1245         // Handle array index arithmetic.
1246         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1247         if (!IndexedTy->isSized()) {
1248           TrailZ = 0;
1249           break;
1250         }
1251         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1252         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1253         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1254         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL, Depth + 1,
1255                          Q);
1256         TrailZ = std::min(TrailZ,
1257                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1258                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1259       }
1260     }
1261
1262     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1263     break;
1264   }
1265   case Instruction::PHI: {
1266     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1267     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1268     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1269     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1270     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1271       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1272         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1273         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1274         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1275         if (!LU)
1276           continue;
1277         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1278         // Check for operations that have the property that if
1279         // both their operands have low zero bits, the result
1280         // will have low zero bits.
1281         if (Opcode == Instruction::Add ||
1282             Opcode == Instruction::Sub ||
1283             Opcode == Instruction::And ||
1284             Opcode == Instruction::Or ||
1285             Opcode == Instruction::Mul) {
1286           Value *LL = LU->getOperand(0);
1287           Value *LR = LU->getOperand(1);
1288           // Find a recurrence.
1289           if (LL == I)
1290             L = LR;
1291           else if (LR == I)
1292             L = LL;
1293           else
1294             break;
1295           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1296           // zero bits.
1297           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1298
1299           // We need to take the minimum number of known bits
1300           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1301           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, DL, Depth + 1, Q);
1302
1303           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1304                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1305                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1306           break;
1307         }
1308       }
1309     }
1310
1311     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1312     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1313       break;
1314
1315     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1316     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1317     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1318       // Skip if every incoming value references to ourself.
1319       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1320         break;
1321
1322       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1323       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1324       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1325         // Skip direct self references.
1326         if (IncValue == P) continue;
1327
1328         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1329         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1330         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1331         // want to waste time spinning around in loops.
1332         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1333                          MaxDepth - 1, Q);
1334         KnownZero &= KnownZero2;
1335         KnownOne &= KnownOne2;
1336         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1337         // more operands.
1338         if (!KnownZero && !KnownOne)
1339           break;
1340       }
1341     }
1342     break;
1343   }
1344   case Instruction::Call:
1345   case Instruction::Invoke:
1346     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1347       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
1348     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1349     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1350     // the intrinsic.
1351     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1352       switch (II->getIntrinsicID()) {
1353       default: break;
1354       case Intrinsic::ctlz:
1355       case Intrinsic::cttz: {
1356         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1357         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1358         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1359           LowBits -= 1;
1360         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1361         break;
1362       }
1363       case Intrinsic::ctpop: {
1364         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1365         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1366         break;
1367       }
1368       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1369         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1370         break;
1371       }
1372     }
1373     break;
1374   case Instruction::ExtractValue:
1375     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1376       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1377       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1378       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1379         switch (II->getIntrinsicID()) {
1380         default: break;
1381         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1382         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1383           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1384                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1385                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1386           break;
1387         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1388         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1389           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1390                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1391                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1392           break;
1393         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1394         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1395           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1396                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1397                               Depth, Q);
1398           break;
1399         }
1400       }
1401     }
1402   }
1403 }
1404
1405 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1406 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1407 ///
1408 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1409 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1410 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1411 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1412 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1413 /// this won't lose us code quality.
1414 ///
1415 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1416 /// type, and vectors of integers.  In the case
1417 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1418 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1419 /// for all of the elements in the vector.
1420 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1421                       const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1422   assert(V && "No Value?");
1423   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1424   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1425
1426   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1427           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1428          "Not integer or pointer type!");
1429   assert((DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1430          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1431           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1432          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1433          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1434          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1435
1436   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1437     // We know all of the bits for a constant!
1438     KnownOne = CI->getValue();
1439     KnownZero = ~KnownOne;
1440     return;
1441   }
1442   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1443   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
1444       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1445     KnownOne.clearAllBits();
1446     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1447     return;
1448   }
1449   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1450   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
1451   // we don't handle undef in any particularly useful way.
1452   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1453     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1454     // each element.
1455     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1456     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1457     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1458       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1459       KnownZero &= ~Elt;
1460       KnownOne &= Elt;
1461     }
1462     return;
1463   }
1464
1465   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
1466   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
1467     unsigned Align = GO->getAlignment();
1468     if (Align == 0) {
1469       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
1470         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
1471         if (ObjectType->isSized()) {
1472           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
1473           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
1474           // may only have the minimum ABI alignment.
1475           if (GVar->isStrongDefinitionForLinker())
1476             Align = DL.getPreferredAlignment(GVar);
1477           else
1478             Align = DL.getABITypeAlignment(ObjectType);
1479         }
1480       }
1481     }
1482     if (Align > 0)
1483       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1484                                        countTrailingZeros(Align));
1485     else
1486       KnownZero.clearAllBits();
1487     KnownOne.clearAllBits();
1488     return;
1489   }
1490
1491   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
1492     unsigned Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
1493
1494     if (!Align && A->hasStructRetAttr()) {
1495       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
1496       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
1497       if (EltTy->isSized())
1498         Align = DL.getABITypeAlignment(EltTy);
1499     }
1500
1501     if (Align)
1502       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1503     else
1504       KnownZero.clearAllBits();
1505     KnownOne.clearAllBits();
1506
1507     // Don't give up yet... there might be an assumption that provides more
1508     // information...
1509     computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1510
1511     // Or a dominating condition for that matter
1512     if (EnableDomConditions && Depth <= DomConditionsMaxDepth)
1513       computeKnownBitsFromDominatingCondition(V, KnownZero, KnownOne, DL,
1514                                               Depth, Q);
1515     return;
1516   }
1517
1518   // Start out not knowing anything.
1519   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1520
1521   // Limit search depth.
1522   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1523   if (Depth == MaxDepth)
1524     return;
1525
1526   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1527   // the bits of its aliasee.
1528   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1529     if (!GA->mayBeOverridden())
1530       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1531     return;
1532   }
1533
1534   if (Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1535     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1536   // computeKnownBitsFromAssume and computeKnownBitsFromDominatingCondition
1537   // strictly refines KnownZero and KnownOne. Therefore, we run them after
1538   // computeKnownBitsFromOperator.
1539
1540   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1541   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1542
1543   // Check whether there's a dominating condition which implies something about
1544   // this value at the given context.
1545   if (EnableDomConditions && Depth <= DomConditionsMaxDepth)
1546     computeKnownBitsFromDominatingCondition(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
1547                                             Q);
1548
1549   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1550 }
1551
1552 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1553 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1554 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1555                     const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1556   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), DL);
1557   if (!BitWidth) {
1558     KnownZero = false;
1559     KnownOne = false;
1560     return;
1561   }
1562   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1563   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1564   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, DL, Depth, Q);
1565   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1566   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1567 }
1568
1569 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1570 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1571 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1572 /// types and vectors of integers.
1573 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1574                             const Query &Q, const DataLayout &DL) {
1575   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1576     if (C->isNullValue())
1577       return OrZero;
1578     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1579       return CI->getValue().isPowerOf2();
1580     // TODO: Handle vector constants.
1581   }
1582
1583   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1584   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1585   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1586     return true;
1587
1588   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1589   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1590   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1591     return true;
1592
1593   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1594   if (Depth++ == MaxDepth)
1595     return false;
1596
1597   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1598   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
1599   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1600                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
1601     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL);
1602
1603   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1604     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q, DL);
1605
1606   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1607     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q, DL) &&
1608            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q, DL);
1609
1610   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1611     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1612     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL) ||
1613         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL))
1614       return true;
1615     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1616     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1617       return true;
1618     return false;
1619   }
1620
1621   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1622   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1623   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1624     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1625     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1626       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1627           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1628         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q, DL))
1629           return true;
1630       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1631           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1632         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q, DL))
1633           return true;
1634
1635       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1636       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1637       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, DL, Depth, Q);
1638
1639       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1640       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, DL, Depth, Q);
1641       // If i8 V is a power of two or zero:
1642       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1643       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1644       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1645         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1646         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1647         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1648           return true;
1649     }
1650   }
1651
1652   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1653   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1654   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1655   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1656       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1657     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1658                                   Depth, Q, DL);
1659   }
1660
1661   return false;
1662 }
1663
1664 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1665 ///
1666 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1667 /// to be non-null.
1668 ///
1669 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1670 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout &DL,
1671                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1672   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1673     return false;
1674
1675   // FIXME: Support vector-GEPs.
1676   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1677
1678   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1679   // inbounds GEP in address space zero.
1680   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1681     return true;
1682
1683   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1684   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1685   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1686   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1687        GTI != GTE; ++GTI) {
1688     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1689     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1690       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1691       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1692       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1693       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1694       if (ElementOffset > 0)
1695         return true;
1696       continue;
1697     }
1698
1699     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1700     if (DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1701       continue;
1702
1703     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1704     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1705     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1706       if (!OpC->isZero())
1707         return true;
1708       continue;
1709     }
1710
1711     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1712     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1713     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1714     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1715     // of depth.
1716     if (Depth++ >= MaxDepth)
1717       continue;
1718
1719     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1720       return true;
1721   }
1722
1723   return false;
1724 }
1725
1726 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1727 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1728 /// is the type of the value described by the range.
1729 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1730                                        const APInt& Value) {
1731   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1732   assert(NumRanges >= 1);
1733   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1734     ConstantInt *Lower =
1735         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1736     ConstantInt *Upper =
1737         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1738     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1739     if (Range.contains(Value))
1740       return false;
1741   }
1742   return true;
1743 }
1744
1745 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1746 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1747 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1748 /// integers.
1749 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
1750                     const Query &Q) {
1751   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1752     if (C->isNullValue())
1753       return false;
1754     if (isa<ConstantInt>(C))
1755       // Must be non-zero due to null test above.
1756       return true;
1757     // TODO: Handle vectors
1758     return false;
1759   }
1760
1761   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1762     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1763       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1764       // definitely non-zero.
1765       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1766         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1767         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1768           return true;
1769       }
1770     }
1771   }
1772
1773   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1774   if (Depth++ >= MaxDepth)
1775     return false;
1776
1777   // Check for pointer simplifications.
1778   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1779     if (isKnownNonNull(V))
1780       return true; 
1781     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1782       if (isGEPKnownNonNull(GEP, DL, Depth, Q))
1783         return true;
1784   }
1785
1786   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), DL);
1787
1788   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1789   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1790   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1791     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q);
1792
1793   // ext X != 0 if X != 0.
1794   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1795     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), DL, Depth, Q);
1796
1797   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1798   // if the lowest bit is shifted off the end.
1799   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1800     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1801     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1802     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1803       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1804
1805     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1806     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1807     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1808     if (KnownOne[0])
1809       return true;
1810   }
1811   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1812   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1813   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1814     // shr exact can only shift out zero bits.
1815     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1816     if (BO->isExact())
1817       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1818
1819     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1820     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1821     if (XKnownNegative)
1822       return true;
1823   }
1824   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1825   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1826     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1827   }
1828   // X + Y.
1829   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1830     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1831     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1832     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1833     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, DL, Depth, Q);
1834
1835     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1836     // zero unless both X and Y are zero.
1837     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1838       if (isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
1839         return true;
1840
1841     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1842     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1843     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1844       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1845       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1846       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1847       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1848       // to INT_MIN.
1849       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1850       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1851         return true;
1852       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1853       // to INT_MIN.
1854       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1855       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1856         return true;
1857     }
1858
1859     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1860     if (XKnownNonNegative &&
1861         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
1862       return true;
1863     if (YKnownNonNegative &&
1864         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
1865       return true;
1866   }
1867   // X * Y.
1868   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1869     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1870     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1871     // does not overflow.
1872     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1873         isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
1874       return true;
1875   }
1876   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1877   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1878     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), DL, Depth, Q) &&
1879         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), DL, Depth, Q))
1880       return true;
1881   }
1882
1883   if (!BitWidth) return false;
1884   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1885   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1886   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1887   return KnownOne != 0;
1888 }
1889
1890 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
1891 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
1892 /// cannot have.
1893 ///
1894 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1895 /// type, and vectors of integers.  In the case
1896 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1897 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1898 /// for all of the elements in the vector.
1899 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
1900                        unsigned Depth, const Query &Q) {
1901   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1902   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1903   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1904 }
1905
1906
1907
1908 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
1909 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
1910 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
1911 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
1912 /// other, so we return 3.
1913 ///
1914 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1915 ///
1916 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
1917                             const Query &Q) {
1918   unsigned TyBits = DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
1919   unsigned Tmp, Tmp2;
1920   unsigned FirstAnswer = 1;
1921
1922   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
1923   // below.
1924
1925   if (Depth == 6)
1926     return 1;  // Limit search depth.
1927
1928   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1929   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1930   default: break;
1931   case Instruction::SExt:
1932     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1933     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q) + Tmp;
1934
1935   case Instruction::SDiv: {
1936     const APInt *Denominator;
1937     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
1938     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
1939
1940       // Ignore non-positive denominator.
1941       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
1942         break;
1943
1944       // Calculate the incoming numerator bits.
1945       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
1946
1947       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
1948       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
1949     }
1950     break;
1951   }
1952
1953   case Instruction::SRem: {
1954     const APInt *Denominator;
1955     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
1956     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
1957     // bits.
1958     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
1959
1960       // Ignore non-positive denominator.
1961       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
1962         break;
1963
1964       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
1965       // can't lower the number of sign bits.
1966       unsigned NumrBits =
1967           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
1968
1969       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
1970       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
1971       // cases:
1972       //
1973       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
1974       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
1975       //
1976       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
1977       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
1978       //
1979       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
1980       // ceilLogBase2(C)`.
1981
1982       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
1983       return std::max(NumrBits, ResBits);
1984     }
1985     break;
1986   }
1987
1988   case Instruction::AShr: {
1989     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
1990     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1991     const APInt *ShAmt;
1992     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1993       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1994       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1995     }
1996     return Tmp;
1997   }
1998   case Instruction::Shl: {
1999     const APInt *ShAmt;
2000     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2001       // shl destroys sign bits.
2002       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2003       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2004       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2005           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2006       return Tmp - Tmp2;
2007     }
2008     break;
2009   }
2010   case Instruction::And:
2011   case Instruction::Or:
2012   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2013     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2014     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2015     if (Tmp != 1) {
2016       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2017       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2018       // We computed what we know about the sign bits as our first
2019       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2020       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2021     }
2022     break;
2023
2024   case Instruction::Select:
2025     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2026     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2027     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), DL, Depth + 1, Q);
2028     return std::min(Tmp, Tmp2);
2029
2030   case Instruction::Add:
2031     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2032     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2033     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2034     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2035
2036     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2037     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2038       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2039         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2040         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2041                          Q);
2042
2043         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2044         // sign bits set.
2045         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2046           return TyBits;
2047
2048         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2049         // out of the result.
2050         if (KnownZero.isNegative())
2051           return Tmp;
2052       }
2053
2054     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2055     if (Tmp2 == 1) return 1;
2056     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2057
2058   case Instruction::Sub:
2059     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2060     if (Tmp2 == 1) return 1;
2061
2062     // Handle NEG.
2063     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2064       if (CLHS->isNullValue()) {
2065         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2066         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2067                          Q);
2068         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2069         // sign bits set.
2070         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2071           return TyBits;
2072
2073         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2074         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2075         if (KnownZero.isNegative())
2076           return Tmp2;
2077
2078         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2079       }
2080
2081     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2082     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2083     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2084     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2085     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2086
2087   case Instruction::PHI: {
2088     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2089     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2090     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2091     if (NumIncomingValues > 4) break;
2092     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2093     if (NumIncomingValues == 0) break;
2094
2095     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2096     // because of our depth threshold.
2097     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), DL, Depth + 1, Q);
2098     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2099       if (Tmp == 1) return Tmp;
2100       Tmp = std::min(
2101           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), DL, Depth + 1, Q));
2102     }
2103     return Tmp;
2104   }
2105
2106   case Instruction::Trunc:
2107     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2108     // case for targets like X86.
2109     break;
2110   }
2111
2112   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2113   // use this information.
2114   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2115   APInt Mask;
2116   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2117
2118   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
2119     Mask = KnownZero;
2120   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
2121     Mask = KnownOne;
2122   } else {
2123     // Nothing known.
2124     return FirstAnswer;
2125   }
2126
2127   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
2128   // the number of identical bits in the top of the input value.
2129   Mask = ~Mask;
2130   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
2131   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
2132   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
2133   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
2134 }
2135
2136 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2137 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2138 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2139 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2140 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2141                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2142   const unsigned MaxDepth = 6;
2143
2144   assert(V && "No Value?");
2145   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2146   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2147
2148   Type *T = V->getType();
2149
2150   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2151
2152   if (Base == 0)
2153     return false;
2154
2155   if (Base == 1) {
2156     Multiple = V;
2157     return true;
2158   }
2159
2160   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2161   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2162   if (CO && CO == BaseVal) {
2163     // Multiple is 1.
2164     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2165     return true;
2166   }
2167
2168   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2169     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2170     return true;
2171   }
2172
2173   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2174
2175   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2176   if (!I) return false;
2177
2178   switch (I->getOpcode()) {
2179   default: break;
2180   case Instruction::SExt:
2181     if (!LookThroughSExt) return false;
2182     // otherwise fall through to ZExt
2183   case Instruction::ZExt:
2184     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2185                            LookThroughSExt, Depth+1);
2186   case Instruction::Shl:
2187   case Instruction::Mul: {
2188     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2189     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2190
2191     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2192       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2193       if (!Op1CI) return false;
2194       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2195       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2196       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2197       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2198       API.setBit(BitToSet);
2199       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2200     }
2201
2202     Value *Mul0 = nullptr;
2203     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2204       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2205         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2206           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2207               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2208             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2209           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2210               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2211             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2212
2213           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2214           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2215           return true;
2216         }
2217
2218       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2219         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2220           // V == Base * Op1, so return Op1
2221           Multiple = Op1;
2222           return true;
2223         }
2224     }
2225
2226     Value *Mul1 = nullptr;
2227     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2228       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2229         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2230           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2231               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2232             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2233           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2234               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2235             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2236
2237           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2238           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2239           return true;
2240         }
2241
2242       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2243         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2244           // V == Base * Op0, so return Op0
2245           Multiple = Op0;
2246           return true;
2247         }
2248     }
2249   }
2250   }
2251
2252   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2253   return false;
2254 }
2255
2256 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2257 /// -0.0.
2258 ///
2259 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2260 /// rounding modes!
2261 ///
2262 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2263   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2264     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2265
2266   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2267   // used similarly in CannotBeOrderedLessThanZero(). A better fix may be to
2268   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2269   if (Depth == 6)
2270     return false;  // Limit search depth.
2271
2272   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2273   if (!I) return false;
2274
2275   // Check if the nsz fast-math flag is set
2276   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2277     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2278       return true;
2279
2280   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2281   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2282     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2283       if (CFP->isNullValue())
2284         return true;
2285
2286   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2287   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2288     return true;
2289
2290   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2291     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2292     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2293       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2294
2295   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2296     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2297       if (F->isDeclaration()) {
2298         // abs(x) != -0.0
2299         if (F->getName() == "abs") return true;
2300         // fabs[lf](x) != -0.0
2301         if (F->getName() == "fabs") return true;
2302         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2303         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2304         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2305             F->getName() == "sqrtl")
2306           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2307       }
2308     }
2309
2310   return false;
2311 }
2312
2313 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2314   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2315     return !CFP->getValueAPF().isNegative() || CFP->getValueAPF().isZero();
2316
2317   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2318   // used similarly in CannotBeNegativeZero(). A better fix may be to
2319   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2320   if (Depth == 6)
2321     return false;  // Limit search depth.
2322
2323   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2324   if (!I) return false;
2325
2326   switch (I->getOpcode()) {
2327   default: break;
2328   case Instruction::FMul:
2329     // x*x is always non-negative or a NaN.
2330     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1)) 
2331       return true;
2332     // Fall through
2333   case Instruction::FAdd:
2334   case Instruction::FDiv:
2335   case Instruction::FRem:
2336     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1) &&
2337            CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(1), Depth+1);
2338   case Instruction::FPExt:
2339   case Instruction::FPTrunc:
2340     // Widening/narrowing never change sign.
2341     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2342   case Instruction::Call: 
2343     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) 
2344       switch (II->getIntrinsicID()) {
2345       default: break;
2346       case Intrinsic::exp:
2347       case Intrinsic::exp2:
2348       case Intrinsic::fabs:
2349       case Intrinsic::sqrt:
2350         return true;
2351       case Intrinsic::powi: 
2352         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2353           // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2354           if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2355             return true;
2356         }
2357         return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2358       case Intrinsic::fma:
2359       case Intrinsic::fmuladd:
2360         // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2361         return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) && 
2362                CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(2), Depth+1);
2363       }
2364     break;
2365   }
2366   return false; 
2367 }
2368
2369 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2370 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2371 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2372 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2373 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2374 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2375   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2376   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2377
2378   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2379   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2380     if (C->isNullValue())
2381       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2382
2383   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2384   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2385   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2386     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2387       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2388     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2389       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2390     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2391   }
2392
2393   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2394   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2395     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2396       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2397
2398       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2399         return nullptr;
2400       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2401     }
2402   }
2403
2404   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2405   // also splatable.
2406   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2407     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2408     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2409     if (!Val)
2410       return nullptr;
2411
2412     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2413       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2414         return nullptr;
2415
2416     return Val;
2417   }
2418
2419   // Conceptually, we could handle things like:
2420   //   %a = zext i8 %X to i16
2421   //   %b = shl i16 %a, 8
2422   //   %c = or i16 %a, %b
2423   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2424   // worth worrying about.
2425   return nullptr;
2426 }
2427
2428
2429 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2430 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2431 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2432 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2433 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2434 // build on that.
2435 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2436                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2437                                 unsigned IdxSkip,
2438                                 Instruction *InsertBefore) {
2439   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2440   if (STy) {
2441     // Save the original To argument so we can modify it
2442     Value *OrigTo = To;
2443     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2444     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2445       // Process each struct element recursively
2446       Idxs.push_back(i);
2447       Value *PrevTo = To;
2448       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2449                              InsertBefore);
2450       Idxs.pop_back();
2451       if (!To) {
2452         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2453         while (PrevTo != OrigTo) {
2454           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2455           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2456           Del->eraseFromParent();
2457         }
2458         // Stop processing elements
2459         break;
2460       }
2461     }
2462     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2463     if (To)
2464       return To;
2465   }
2466   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2467   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2468   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2469   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2470
2471   // Find the value that is at that particular spot
2472   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2473
2474   if (!V)
2475     return nullptr;
2476
2477   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2478   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2479                                        "tmp", InsertBefore);
2480 }
2481
2482 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2483 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2484 // { a, { b, { c, d }, e } }
2485 // and the indices "1, 1" this returns
2486 // { c, d }.
2487 //
2488 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2489 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2490 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2491 // insertvalue instruction somewhere).
2492 //
2493 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2494 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2495                                 Instruction *InsertBefore) {
2496   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2497   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2498                                                              idx_range);
2499   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2500   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2501   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2502
2503   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2504 }
2505
2506 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2507 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2508 /// were inserted directly into the aggregrate.
2509 ///
2510 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2511 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2512 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2513                                Instruction *InsertBefore) {
2514   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2515   // recursion).
2516   if (idx_range.empty())
2517     return V;
2518   // We have indices, so V should have an indexable type.
2519   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2520          "Not looking at a struct or array?");
2521   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2522          "Invalid indices for type?");
2523
2524   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2525     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2526     if (!C) return nullptr;
2527     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2528   }
2529
2530   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2531     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2532     // requested indices
2533     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2534     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2535          i != e; ++i, ++req_idx) {
2536       if (req_idx == idx_range.end()) {
2537         // We can't handle this without inserting insertvalues
2538         if (!InsertBefore)
2539           return nullptr;
2540
2541         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2542         // this specially. For example,
2543         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2544         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2545         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2546         // This can be changed into
2547         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2548         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2549         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2550         // removed.
2551         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2552                                  InsertBefore);
2553       }
2554
2555       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2556       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2557       // looking for, then.
2558       if (*req_idx != *i)
2559         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2560                                  InsertBefore);
2561     }
2562     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2563     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2564     // the inserted value, passing any remaining indices.
2565     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2566                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2567                              InsertBefore);
2568   }
2569
2570   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2571     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2572     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2573     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2574
2575     // Calculate the number of indices required
2576     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2577     // Allocate some space to put the new indices in
2578     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2579     Idxs.reserve(size);
2580     // Add indices from the extract value instruction
2581     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2582
2583     // Add requested indices
2584     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2585
2586     assert(Idxs.size() == size
2587            && "Number of indices added not correct?");
2588
2589     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2590   }
2591   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2592   // or load instruction)
2593   return nullptr;
2594 }
2595
2596 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2597 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2598 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2599                                               const DataLayout &DL) {
2600   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2601   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2602   while (1) {
2603     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2604       break;
2605
2606     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2607       APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2608       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2609         break;
2610
2611       ByteOffset += GEPOffset;
2612
2613       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2614     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2615                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2616       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2617     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2618       if (GA->mayBeOverridden())
2619         break;
2620       Ptr = GA->getAliasee();
2621     } else {
2622       break;
2623     }
2624   }
2625   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2626   return Ptr;
2627 }
2628
2629
2630 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2631 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2632 /// If unsuccessful, it returns false.
2633 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2634                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2635   assert(V);
2636
2637   // Look through bitcast instructions and geps.
2638   V = V->stripPointerCasts();
2639
2640   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2641   // offset.
2642   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2643     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2644     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2645       return false;
2646
2647     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2648     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2649     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2650     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2651       return false;
2652
2653     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2654     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2655     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2656     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2657       return false;
2658
2659     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2660     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2661     // the string.
2662     uint64_t StartIdx = 0;
2663     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2664       StartIdx = CI->getZExtValue();
2665     else
2666       return false;
2667     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
2668                                  TrimAtNul);
2669   }
2670
2671   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2672   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2673   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2674   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2675   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2676     return false;
2677
2678   // Handle the all-zeros case
2679   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2680     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2681     // length of the string must be zero.
2682     Str = "";
2683     return true;
2684   }
2685
2686   // Must be a Constant Array
2687   const ConstantDataArray *Array =
2688     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2689   if (!Array || !Array->isString())
2690     return false;
2691
2692   // Get the number of elements in the array
2693   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2694
2695   // Start out with the entire array in the StringRef.
2696   Str = Array->getAsString();
2697
2698   if (Offset > NumElts)
2699     return false;
2700
2701   // Skip over 'offset' bytes.
2702   Str = Str.substr(Offset);
2703
2704   if (TrimAtNul) {
2705     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2706     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2707     // some other way that the string is length-bound.
2708     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2709   }
2710   return true;
2711 }
2712
2713 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2714 // nodes.
2715 // TODO: See if we can integrate these two together.
2716
2717 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2718 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2719 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2720   // Look through noop bitcast instructions.
2721   V = V->stripPointerCasts();
2722
2723   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2724   // or we haven't.
2725   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2726     if (!PHIs.insert(PN).second)
2727       return ~0ULL;  // already in the set.
2728
2729     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2730     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2731     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2732       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
2733       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2734
2735       if (Len == ~0ULL) continue;
2736
2737       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2738         return 0;    // Disagree -> unknown.
2739       LenSoFar = Len;
2740     }
2741
2742     // Success, all agree.
2743     return LenSoFar;
2744   }
2745
2746   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2747   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2748     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2749     if (Len1 == 0) return 0;
2750     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2751     if (Len2 == 0) return 0;
2752     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2753     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2754     if (Len1 != Len2) return 0;
2755     return Len1;
2756   }
2757
2758   // Otherwise, see if we can read the string.
2759   StringRef StrData;
2760   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2761     return 0;
2762
2763   return StrData.size()+1;
2764 }
2765
2766 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2767 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2768 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
2769   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
2770
2771   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
2772   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
2773   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
2774   // an empty string as a length.
2775   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
2776 }
2777
2778 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
2779 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
2780 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(PHINode *PN, LoopInfo *LI) {
2781   // Find the loop-defined value.
2782   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2783   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
2784     return true;
2785
2786   // Find the value from previous iteration.
2787   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
2788   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
2789     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
2790   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
2791     return true;
2792
2793   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
2794   // object in every iteration.  E.g.:
2795   //    for (i)
2796   //       int *p = a[i];
2797   //       ...
2798   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
2799     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
2800       return false;
2801   return true;
2802 }
2803
2804 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
2805                                  unsigned MaxLookup) {
2806   if (!V->getType()->isPointerTy())
2807     return V;
2808   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
2809     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2810       V = GEP->getPointerOperand();
2811     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
2812                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2813       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
2814     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
2815       if (GA->mayBeOverridden())
2816         return V;
2817       V = GA->getAliasee();
2818     } else {
2819       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
2820       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2821         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
2822         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
2823           V = Simplified;
2824           continue;
2825         }
2826
2827       return V;
2828     }
2829     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
2830   }
2831   return V;
2832 }
2833
2834 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
2835                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
2836                                 unsigned MaxLookup) {
2837   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
2838   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
2839   Worklist.push_back(V);
2840   do {
2841     Value *P = Worklist.pop_back_val();
2842     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
2843
2844     if (!Visited.insert(P).second)
2845       continue;
2846
2847     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
2848       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
2849       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
2850       continue;
2851     }
2852
2853     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
2854       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
2855       // loop, don't look through it.  Consider:
2856       //   int **A;
2857       //   for (i) {
2858       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
2859       //     Curr = A[i];
2860       //     *Prev, *Curr;
2861       //
2862       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
2863       // underlying objects.
2864       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
2865           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
2866         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
2867           Worklist.push_back(IncValue);
2868       continue;
2869     }
2870
2871     Objects.push_back(P);
2872   } while (!Worklist.empty());
2873 }
2874
2875 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
2876 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
2877   for (const User *U : V->users()) {
2878     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
2879     if (!II) return false;
2880
2881     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2882         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2883       return false;
2884   }
2885   return true;
2886 }
2887
2888 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *BV, APInt Offset,
2889                                            Type *Ty, const DataLayout &DL,
2890                                            const Instruction *CtxI,
2891                                            const DominatorTree *DT,
2892                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
2893   assert(Offset.isNonNegative() && "offset can't be negative");
2894   assert(Ty->isSized() && "must be sized");
2895   
2896   APInt DerefBytes(Offset.getBitWidth(), 0);
2897   bool CheckForNonNull = false;
2898   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(BV)) {
2899     DerefBytes = A->getDereferenceableBytes();
2900     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
2901       DerefBytes = A->getDereferenceableOrNullBytes();
2902       CheckForNonNull = true;
2903     }
2904   } else if (auto CS = ImmutableCallSite(BV)) {
2905     DerefBytes = CS.getDereferenceableBytes(0);
2906     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
2907       DerefBytes = CS.getDereferenceableOrNullBytes(0);
2908       CheckForNonNull = true;
2909     }
2910   } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BV)) {
2911     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable)) {
2912       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
2913       DerefBytes = CI->getLimitedValue();
2914     }
2915     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
2916       if (MDNode *MD = 
2917               LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null)) {
2918         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
2919         DerefBytes = CI->getLimitedValue();
2920       }
2921       CheckForNonNull = true;
2922     }
2923   }
2924   
2925   if (DerefBytes.getBoolValue())
2926     if (DerefBytes.uge(Offset + DL.getTypeStoreSize(Ty)))
2927       if (!CheckForNonNull || isKnownNonNullAt(BV, CtxI, DT, TLI))
2928         return true;
2929
2930   return false;
2931 }
2932
2933 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *V, const DataLayout &DL,
2934                                            const Instruction *CtxI,
2935                                            const DominatorTree *DT,
2936                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
2937   Type *VTy = V->getType();
2938   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
2939   if (!Ty->isSized())
2940     return false;
2941   
2942   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
2943   return isDereferenceableFromAttribute(V, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI);
2944 }
2945
2946 static bool isAligned(const Value *Base, APInt Offset, unsigned Align,
2947                       const DataLayout &DL) {
2948   APInt BaseAlign(Offset.getBitWidth(), 0);
2949   if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Base))
2950     BaseAlign = AI->getAlignment();
2951   else if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Base))
2952     BaseAlign = GV->getAlignment();
2953   else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(Base))
2954     BaseAlign = A->getParamAlignment();
2955
2956   if (!BaseAlign) {
2957     Type *Ty = Base->getType()->getPointerElementType();
2958     BaseAlign = DL.getABITypeAlignment(Ty);
2959   }
2960
2961   APInt Alignment(Offset.getBitWidth(), Align);
2962
2963   assert(Alignment.isPowerOf2() && "must be a power of 2!");
2964   return BaseAlign.uge(Alignment) && !(Offset & (Alignment-1));
2965 }
2966
2967 static bool isAligned(const Value *Base, unsigned Align, const DataLayout &DL) {
2968   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(Base->getType()), 0);
2969   return isAligned(Base, Offset, Align, DL);
2970 }
2971
2972 /// Test if V is always a pointer to allocated and suitably aligned memory for
2973 /// a simple load or store.
2974 static bool isDereferenceableAndAlignedPointer(
2975     const Value *V, unsigned Align, const DataLayout &DL,
2976     const Instruction *CtxI, const DominatorTree *DT,
2977     const TargetLibraryInfo *TLI, SmallPtrSetImpl<const Value *> &Visited) {
2978   // Note that it is not safe to speculate into a malloc'd region because
2979   // malloc may return null.
2980
2981   // These are obviously ok if aligned.
2982   if (isa<AllocaInst>(V))
2983     return isAligned(V, Align, DL);
2984
2985   // It's not always safe to follow a bitcast, for example:
2986   //   bitcast i8* (alloca i8) to i32*
2987   // would result in a 4-byte load from a 1-byte alloca. However,
2988   // if we're casting from a pointer from a type of larger size
2989   // to a type of smaller size (or the same size), and the alignment
2990   // is at least as large as for the resulting pointer type, then
2991   // we can look through the bitcast.
2992   if (const BitCastOperator *BC = dyn_cast<BitCastOperator>(V)) {
2993     Type *STy = BC->getSrcTy()->getPointerElementType(),
2994          *DTy = BC->getDestTy()->getPointerElementType();
2995     if (STy->isSized() && DTy->isSized() &&
2996         (DL.getTypeStoreSize(STy) >= DL.getTypeStoreSize(DTy)) &&
2997         (DL.getABITypeAlignment(STy) >= DL.getABITypeAlignment(DTy)))
2998       return isDereferenceableAndAlignedPointer(BC->getOperand(0), Align, DL,
2999                                                 CtxI, DT, TLI, Visited);
3000   }
3001
3002   // Global variables which can't collapse to null are ok.
3003   if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
3004     if (!GV->hasExternalWeakLinkage())
3005       return isAligned(V, Align, DL);
3006
3007   // byval arguments are okay.
3008   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3009     if (A->hasByValAttr())
3010       return isAligned(V, Align, DL);
3011
3012   if (isDereferenceableFromAttribute(V, DL, CtxI, DT, TLI))
3013     return isAligned(V, Align, DL);
3014
3015   // For GEPs, determine if the indexing lands within the allocated object.
3016   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3017     Type *VTy = GEP->getType();
3018     Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3019     const Value *Base = GEP->getPointerOperand();
3020
3021     // Conservatively require that the base pointer be fully dereferenceable
3022     // and aligned.
3023     if (!Visited.insert(Base).second)
3024       return false;
3025     if (!isDereferenceableAndAlignedPointer(Base, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3026                                             Visited))
3027       return false;
3028
3029     APInt Offset(DL.getPointerTypeSizeInBits(VTy), 0);
3030     if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, Offset))
3031       return false;
3032
3033     // Check if the load is within the bounds of the underlying object
3034     // and offset is aligned.
3035     uint64_t LoadSize = DL.getTypeStoreSize(Ty);
3036     Type *BaseType = Base->getType()->getPointerElementType();
3037     assert(isPowerOf2_32(Align) && "must be a power of 2!");
3038     return (Offset + LoadSize).ule(DL.getTypeAllocSize(BaseType)) && 
3039            !(Offset & APInt(Offset.getBitWidth(), Align-1));
3040   }
3041
3042   // For gc.relocate, look through relocations
3043   if (const IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(V))
3044     if (I->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
3045       GCRelocateOperands RelocateInst(I);
3046       return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3047           RelocateInst.getDerivedPtr(), Align, DL, CtxI, DT, TLI, Visited);
3048     }
3049
3050   if (const AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(V))
3051     return isDereferenceableAndAlignedPointer(ASC->getOperand(0), Align, DL,
3052                                               CtxI, DT, TLI, Visited);
3053
3054   // If we don't know, assume the worst.
3055   return false;
3056 }
3057
3058 bool llvm::isDereferenceableAndAlignedPointer(const Value *V, unsigned Align,
3059                                               const DataLayout &DL,
3060                                               const Instruction *CtxI,
3061                                               const DominatorTree *DT,
3062                                               const TargetLibraryInfo *TLI) {
3063   // When dereferenceability information is provided by a dereferenceable
3064   // attribute, we know exactly how many bytes are dereferenceable. If we can
3065   // determine the exact offset to the attributed variable, we can use that
3066   // information here.
3067   Type *VTy = V->getType();
3068   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3069
3070   // Require ABI alignment for loads without alignment specification
3071   if (Align == 0)
3072     Align = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3073
3074   if (Ty->isSized()) {
3075     APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3076     const Value *BV = V->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, Offset);
3077
3078     if (Offset.isNonNegative())
3079       if (isDereferenceableFromAttribute(BV, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI) &&
3080           isAligned(BV, Offset, Align, DL))
3081         return true;
3082   }
3083
3084   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
3085   return ::isDereferenceableAndAlignedPointer(V, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3086                                               Visited);
3087 }
3088
3089 bool llvm::isDereferenceablePointer(const Value *V, const DataLayout &DL,
3090                                     const Instruction *CtxI,
3091                                     const DominatorTree *DT,
3092                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
3093   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, 1, DL, CtxI, DT, TLI);
3094 }
3095
3096 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3097                                         const Instruction *CtxI,
3098                                         const DominatorTree *DT,
3099                                         const TargetLibraryInfo *TLI) {
3100   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3101   if (!Inst)
3102     return false;
3103
3104   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3105     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3106       if (C->canTrap())
3107         return false;
3108
3109   switch (Inst->getOpcode()) {
3110   default:
3111     return true;
3112   case Instruction::UDiv:
3113   case Instruction::URem: {
3114     // x / y is undefined if y == 0.
3115     const APInt *V;
3116     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3117       return *V != 0;
3118     return false;
3119   }
3120   case Instruction::SDiv:
3121   case Instruction::SRem: {
3122     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3123     const APInt *Numerator, *Denominator;
3124     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3125       return false;
3126     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3127     if (*Denominator == 0)
3128       return false;
3129     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3130     if (*Denominator != -1)
3131       return true;
3132     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3133     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3134     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3135       return !Numerator->isMinSignedValue();
3136     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3137     return false;
3138   }
3139   case Instruction::Load: {
3140     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3141     if (!LI->isUnordered() ||
3142         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3143         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread))
3144       return false;
3145     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3146     return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3147         LI->getPointerOperand(), LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT, TLI);
3148   }
3149   case Instruction::Call: {
3150     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3151       switch (II->getIntrinsicID()) {
3152       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3153       // information about their operands.
3154       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3155       // should be considered at least *safe* to speculate...
3156       case Intrinsic::dbg_declare:
3157       case Intrinsic::dbg_value:
3158         return true;
3159
3160       case Intrinsic::bswap:
3161       case Intrinsic::ctlz:
3162       case Intrinsic::ctpop:
3163       case Intrinsic::cttz:
3164       case Intrinsic::objectsize:
3165       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3166       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3167       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3168       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3169       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3170       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3171         return true;
3172       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
3173       // errno like libm sqrt would.
3174       case Intrinsic::sqrt:
3175       case Intrinsic::fma:
3176       case Intrinsic::fmuladd:
3177       case Intrinsic::fabs:
3178       case Intrinsic::minnum:
3179       case Intrinsic::maxnum:
3180         return true;
3181       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
3182       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
3183       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3184       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3185       default: break;
3186       }
3187     }
3188     return false; // The called function could have undefined behavior or
3189                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3190   }
3191   case Instruction::VAArg:
3192   case Instruction::Alloca:
3193   case Instruction::Invoke:
3194   case Instruction::PHI:
3195   case Instruction::Store:
3196   case Instruction::Ret:
3197   case Instruction::Br:
3198   case Instruction::IndirectBr:
3199   case Instruction::Switch:
3200   case Instruction::Unreachable:
3201   case Instruction::Fence:
3202   case Instruction::AtomicRMW:
3203   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3204   case Instruction::LandingPad:
3205   case Instruction::Resume:
3206   case Instruction::CatchPad:
3207   case Instruction::CatchEndPad:
3208   case Instruction::CatchRet:
3209   case Instruction::CleanupPad:
3210   case Instruction::CleanupRet:
3211   case Instruction::TerminatePad:
3212     return false; // Misc instructions which have effects
3213   }
3214 }
3215
3216 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3217   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3218 }
3219
3220 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3221 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3222   // Alloca never returns null, malloc might.
3223   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3224
3225   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3226   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3227     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3228
3229   // Global values are not null unless extern weak.
3230   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3231     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
3232
3233   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
3234   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3235     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3236
3237   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3238     if (CS.isReturnNonNull())
3239       return true;
3240
3241   // operator new never returns null.
3242   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
3243     return true;
3244
3245   return false;
3246 }
3247
3248 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3249                                                   const Instruction *CtxI,
3250                                                   const DominatorTree *DT) {
3251   unsigned NumUsesExplored = 0;
3252   for (auto U : V->users()) {
3253     // Avoid massive lists
3254     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3255       break;
3256     NumUsesExplored++;
3257     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3258     const ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
3259     if (!Cmp)
3260       continue;
3261
3262     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
3263       continue;
3264
3265     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
3266       const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
3267       if (!BI)
3268         continue;
3269       
3270       assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3271
3272       BasicBlock *NonNullSuccessor = nullptr;
3273       CmpInst::Predicate Pred;
3274
3275       if (match(const_cast<ICmpInst*>(Cmp),
3276                 m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero()))) {
3277         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
3278           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(1);
3279         else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3280           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(0);
3281       }
3282
3283       if (NonNullSuccessor) {
3284         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3285         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3286           return true;
3287       }
3288     }
3289   }
3290
3291   return false;
3292 }
3293
3294 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3295                    const DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3296   if (isKnownNonNull(V, TLI))
3297     return true;
3298
3299   return CtxI ? ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT) : false;
3300 }
3301
3302 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
3303                                                    const DataLayout &DL,
3304                                                    AssumptionCache *AC,
3305                                                    const Instruction *CxtI,
3306                                                    const DominatorTree *DT) {
3307   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3308   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3309   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3310   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3311   // we can guarantee that the result does not overflow.
3312   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3313   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3314   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3315   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3316   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3317   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3318   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3319                    DT);
3320   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3321                    DT);
3322   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3323   // conservative answer.
3324   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3325                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3326   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3327   // definitely no overflow.
3328   if (ZeroBits >= BitWidth)
3329     return OverflowResult::NeverOverflows;
3330
3331   // Get the largest possible values for each operand.
3332   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3333   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3334
3335   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3336   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3337   bool MaxOverflow;
3338   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3339   if (!MaxOverflow)
3340     return OverflowResult::NeverOverflows;
3341
3342   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3343   // the operands also results in overflow.
3344   bool MinOverflow;
3345   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3346   if (MinOverflow)
3347     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3348
3349   return OverflowResult::MayOverflow;
3350 }
3351
3352 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3353                                                    const DataLayout &DL,
3354                                                    AssumptionCache *AC,
3355                                                    const Instruction *CxtI,
3356                                                    const DominatorTree *DT) {
3357   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3358   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3359                  AC, CxtI, DT);
3360   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3361     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3362     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3363                    AC, CxtI, DT);
3364
3365     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3366       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3367       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3368       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3369     }
3370
3371     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3372       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3373       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3374       return OverflowResult::NeverOverflows;
3375     }
3376   }
3377
3378   return OverflowResult::MayOverflow;
3379 }
3380
3381 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(
3382     Value *LHS, Value *RHS, AddOperator *Add, const DataLayout &DL,
3383     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
3384   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3385     return OverflowResult::NeverOverflows;
3386   }
3387
3388   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3389   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3390   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3391                  AC, CxtI, DT);
3392   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3393                  AC, CxtI, DT);
3394
3395   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3396       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3397     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3398     return OverflowResult::NeverOverflows;
3399   }
3400
3401   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3402   if (!Add)
3403     return OverflowResult::MayOverflow;
3404
3405   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3406   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3407   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3408   // operands.
3409   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3410       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3411   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3412   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3413     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3414     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3415                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3416     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3417         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3418       return OverflowResult::NeverOverflows;
3419     }
3420   }
3421
3422   return OverflowResult::MayOverflow;
3423 }
3424
3425 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(AddOperator *Add,
3426                                                  const DataLayout &DL,
3427                                                  AssumptionCache *AC,
3428                                                  const Instruction *CxtI,
3429                                                  const DominatorTree *DT) {
3430   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3431                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3432 }
3433
3434 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3435                                                  const DataLayout &DL,
3436                                                  AssumptionCache *AC,
3437                                                  const Instruction *CxtI,
3438                                                  const DominatorTree *DT) {
3439   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3440 }
3441
3442 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3443   // FIXME: This conservative implementation can be relaxed. E.g. most
3444   // atomic operations are guaranteed to terminate on most platforms
3445   // and most functions terminate.
3446
3447   return !I->isAtomic() &&       // atomics may never succeed on some platforms
3448          !isa<CallInst>(I) &&    // could throw and might not terminate
3449          !isa<InvokeInst>(I) &&  // might not terminate and could throw to
3450                                  //   non-successor (see bug 24185 for details).
3451          !isa<ResumeInst>(I) &&  // has no successors
3452          !isa<ReturnInst>(I);    // has no successors
3453 }
3454
3455 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3456                                                   const Loop *L) {
3457   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3458   //
3459   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3460   // guaranteed to be executed at every iteration.
3461   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3462
3463   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3464     if (&LI == I) return true;
3465     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3466   }
3467   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3468 }
3469
3470 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3471   switch (I->getOpcode()) {
3472     case Instruction::Add:
3473     case Instruction::Sub:
3474     case Instruction::Xor:
3475     case Instruction::Trunc:
3476     case Instruction::BitCast:
3477     case Instruction::AddrSpaceCast:
3478       // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3479       // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3480       // itself still yields poison, not zero.
3481       return true;
3482
3483     case Instruction::AShr:
3484     case Instruction::SExt:
3485       // For these operations, one bit of the input is replicated across
3486       // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3487       return true;
3488
3489     case Instruction::Shl: {
3490       // Left shift *by* a poison value is poison. The number of
3491       // positions to shift is unsigned, so no negative values are
3492       // possible there. Left shift by zero places preserves poison. So
3493       // it only remains to consider left shift of poison by a positive
3494       // number of places.
3495       //
3496       // A left shift by a positive number of places leaves the lowest order bit
3497       // non-poisoned. However, if such a shift has a no-wrap flag, then we can
3498       // make the poison operand violate that flag, yielding a fresh full-poison
3499       // value.
3500       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3501       return OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap();
3502     }
3503
3504     case Instruction::Mul: {
3505       // A multiplication by zero yields a non-poison zero result, so we need to
3506       // rule out zero as an operand. Conservatively, multiplication by a
3507       // non-zero constant is not multiplication by zero.
3508       //
3509       // Multiplication by a non-zero constant can leave some bits
3510       // non-poisoned. For example, a multiplication by 2 leaves the lowest
3511       // order bit unpoisoned. So we need to consider that.
3512       //
3513       // Multiplication by 1 preserves poison. If the multiplication has a
3514       // no-wrap flag, then we can make the poison operand violate that flag
3515       // when multiplied by any integer other than 0 and 1.
3516       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3517       if (OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap()) {
3518         for (Value *V : OBO->operands()) {
3519           if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
3520             // A ConstantInt cannot yield poison, so we can assume that it is
3521             // the other operand that is poison.
3522             return !CI->isZero();
3523           }
3524         }
3525       }
3526       return false;
3527     }
3528
3529     case Instruction::GetElementPtr:
3530       // A GEP implicitly represents a sequence of additions, subtractions,
3531       // truncations, sign extensions and multiplications. The multiplications
3532       // are by the non-zero sizes of some set of types, so we do not have to be
3533       // concerned with multiplication by zero. If the GEP is in-bounds, then
3534       // these operations are implicitly no-signed-wrap so poison is propagated
3535       // by the arguments above for Add, Sub, Trunc, SExt and Mul.
3536       return cast<GEPOperator>(I)->isInBounds();
3537
3538     default:
3539       return false;
3540   }
3541 }
3542
3543 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3544   switch (I->getOpcode()) {
3545     case Instruction::Store:
3546       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3547
3548     case Instruction::Load:
3549       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3550
3551     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3552       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3553
3554     case Instruction::AtomicRMW:
3555       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3556
3557     case Instruction::UDiv:
3558     case Instruction::SDiv:
3559     case Instruction::URem:
3560     case Instruction::SRem:
3561       return I->getOperand(1);
3562
3563     default:
3564       return nullptr;
3565   }
3566 }
3567
3568 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3569   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3570   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3571   // executed given that PoisonI is executed.
3572   //
3573   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3574   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3575   // post-dominance.
3576   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3577
3578   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3579   // does.
3580   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3581   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3582
3583   for (const Instruction *I = PoisonI, *E = BB->end(); I != E;
3584        I = I->getNextNode()) {
3585     if (I != PoisonI) {
3586       const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(I);
3587       if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison)) return true;
3588       if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(I)) return false;
3589     }
3590
3591     // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3592     if (YieldsPoison.count(I)) {
3593       for (const User *User : I->users()) {
3594         const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3595         if (UserI->getParent() == BB && propagatesFullPoison(UserI))
3596           YieldsPoison.insert(User);
3597       }
3598     }
3599   }
3600   return false;
3601 }
3602
3603 static bool isKnownNonNaN(Value *V, FastMathFlags FMF) {
3604   if (FMF.noNaNs())
3605     return true;
3606
3607   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3608     return !C->isNaN();
3609   return false;
3610 }
3611
3612 static bool isKnownNonZero(Value *V) {
3613   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3614     return !C->isZero();
3615   return false;
3616 }
3617
3618 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
3619                                               FastMathFlags FMF,
3620                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3621                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3622                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
3623   LHS = CmpLHS;
3624   RHS = CmpRHS;
3625
3626   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
3627   // return inconsistent results between implementations.
3628   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
3629   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
3630   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
3631   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
3632   switch (Pred) {
3633   default: break;
3634   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
3635   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
3636     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
3637         !isKnownNonZero(CmpRHS))
3638       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3639   }
3640
3641   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
3642   bool Ordered = false;
3643
3644   // When given one NaN and one non-NaN input:
3645   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
3646   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
3647   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
3648   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
3649   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
3650     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
3651     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
3652
3653     if (LHSSafe && RHSSafe) {
3654       // Both operands are known non-NaN.
3655       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
3656     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
3657       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
3658       // returns the RHS.
3659       Ordered = true;
3660       if (LHSSafe)
3661         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
3662         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3663       else if (RHSSafe)
3664         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3665       else
3666         // Completely unsafe.
3667         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3668     } else {
3669       Ordered = false;
3670       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
3671       // returns the LHS.
3672       if (LHSSafe)
3673         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
3674         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3675       else if (RHSSafe)
3676         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3677       else
3678         // Completely unsafe.
3679         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3680     }
3681   }
3682
3683   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
3684     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
3685     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
3686     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
3687       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3688     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
3689       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3690     Ordered = !Ordered;
3691   }
3692
3693   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
3694   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
3695     switch (Pred) {
3696     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
3697     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3698     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3699     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3700     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3701     case ICmpInst::ICMP_ULT:
3702     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3703     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3704     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3705     case FCmpInst::FCMP_UGT:
3706     case FCmpInst::FCMP_UGE:
3707     case FCmpInst::FCMP_OGT:
3708     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
3709     case FCmpInst::FCMP_ULT:
3710     case FCmpInst::FCMP_ULE:
3711     case FCmpInst::FCMP_OLT:
3712     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
3713     }
3714   }
3715
3716   if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(CmpRHS)) {
3717     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
3718         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
3719
3720       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
3721       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
3722       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (C1->isZero() || C1->isMinusOne())) {
3723         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3724       }
3725
3726       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
3727       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
3728       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (C1->isZero() || C1->isOne())) {
3729         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3730       }
3731     }
3732     
3733     // Y >s C ? ~Y : ~C == ~Y <s ~C ? ~Y : ~C = SMIN(~Y, ~C)
3734     if (const auto *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal)) {
3735       if (C1->getType() == C2->getType() && ~C1->getValue() == C2->getValue() &&
3736           (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) ||
3737            match(CmpLHS, m_Not(m_Specific(TrueVal))))) {
3738         LHS = TrueVal;
3739         RHS = FalseVal;
3740         return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3741       }
3742     }
3743   }
3744
3745   // TODO: (X > 4) ? X : 5   -->  (X >= 5) ? X : 5  -->  MAX(X, 5)
3746
3747   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3748 }
3749
3750 static Constant *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
3751                                  Instruction::CastOps *CastOp) {
3752   CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V1);
3753   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V2);
3754   if (!CI || !C)
3755     return nullptr;
3756   *CastOp = CI->getOpcode();
3757
3758   if (isa<SExtInst>(CI) && CmpI->isSigned()) {
3759     Constant *T = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
3760     // This is only valid if the truncated value can be sign-extended
3761     // back to the original value.
3762     if (ConstantExpr::getSExt(T, C->getType()) == C)
3763       return T;
3764     return nullptr;
3765   }
3766   if (isa<ZExtInst>(CI) && CmpI->isUnsigned())
3767     return ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
3768
3769   if (isa<TruncInst>(CI))
3770     return ConstantExpr::getIntegerCast(C, CI->getSrcTy(), CmpI->isSigned());
3771
3772   if (isa<FPToUIInst>(CI))
3773     return ConstantExpr::getUIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
3774
3775   if (isa<FPToSIInst>(CI))
3776     return ConstantExpr::getSIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
3777
3778   if (isa<UIToFPInst>(CI))
3779     return ConstantExpr::getFPToUI(C, CI->getSrcTy(), true);
3780
3781   if (isa<SIToFPInst>(CI))
3782     return ConstantExpr::getFPToSI(C, CI->getSrcTy(), true);
3783
3784   if (isa<FPTruncInst>(CI))
3785     return ConstantExpr::getFPExtend(C, CI->getSrcTy(), true);
3786
3787   if (isa<FPExtInst>(CI))
3788     return ConstantExpr::getFPTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
3789
3790   return nullptr;
3791 }
3792
3793 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V,
3794                                              Value *&LHS, Value *&RHS,
3795                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
3796   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
3797   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3798
3799   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
3800   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3801
3802   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
3803   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
3804   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
3805   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
3806   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
3807   FastMathFlags FMF;
3808   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
3809     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
3810
3811   // Bail out early.
3812   if (CmpI->isEquality())
3813     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3814
3815   // Deal with type mismatches.
3816   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
3817     if (Constant *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
3818       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
3819                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
3820                                   LHS, RHS);
3821     if (Constant *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
3822       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
3823                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
3824                                   LHS, RHS);
3825   }
3826   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
3827                               LHS, RHS);
3828 }