[ValueTracking] Extend range metadata to call/invoke
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
19 #include "llvm/IR/CallSite.h"
20 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
21 #include "llvm/IR/Constants.h"
22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
23 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
24 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
25 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
26 #include "llvm/IR/Instructions.h"
27 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
28 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
29 #include "llvm/IR/Metadata.h"
30 #include "llvm/IR/Operator.h"
31 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
32 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
33 #include <cstring>
34 using namespace llvm;
35 using namespace llvm::PatternMatch;
36
37 const unsigned MaxDepth = 6;
38
39 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
40 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
41 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
42   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
43     return BitWidth;
44
45   return TD ? TD->getPointerTypeSizeInBits(Ty) : 0;
46 }
47
48 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
49                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
50                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
51                                    const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
52   if (!Add) {
53     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
54       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
55       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
56       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
57       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
58         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
59         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
60         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
61         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
62         llvm::computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
63
64         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
65         // output top bits are zero, because we now know that the output is
66         // from [0-C].
67         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
68           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
69           // Top bits known zero.
70           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
71         }
72       }
73     }
74   }
75
76   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
77
78   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
79   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
80   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
81   // this only works if the known zeros are in the right operand.
82   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
83   llvm::computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
84   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
85
86   llvm::computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
87   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
88
89   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
90   // many bits from the other operand.
91   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
92     if (Add) {
93       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
94       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
95       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
96     } else {
97       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
98       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
99       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
100                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
101                                                  RHSKnownZeroOut));
102     }
103   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
104     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
105     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
106     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
107   }
108
109   // Are we still trying to solve for the sign bit?
110   if (!KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
111     if (NSW) {
112       if (Add) {
113         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
114         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
115           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
116         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
117         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
118           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
119       } else {
120         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
121         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
122           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
123         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
124         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
125           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
126       }
127     }
128   }
129 }
130
131 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
132                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
133                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
134                                 const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
135   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
136   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
137   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
138
139   bool isKnownNegative = false;
140   bool isKnownNonNegative = false;
141   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
142   if (NSW) {
143     if (Op0 == Op1) {
144       // The product of a number with itself is non-negative.
145       isKnownNonNegative = true;
146     } else {
147       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
148       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
149       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
150       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
151       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
152       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
153         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
154       // The product of a negative number and a non-negative number is either
155       // negative or zero.
156       if (!isKnownNonNegative)
157         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
158                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth)) ||
159                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
160                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
161     }
162   }
163
164   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
165   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
166   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
167   // interesting case of alignment computation.
168   KnownOne.clearAllBits();
169   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
170                     KnownZero2.countTrailingOnes();
171   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
172                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
173                              BitWidth) - BitWidth;
174
175   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
176   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
177   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
178               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
179
180   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
181   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
182   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
183   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
184   // whatever we like here.
185   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
186     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
187   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
188     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
189 }
190
191 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
192                                              APInt &KnownZero) {
193   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
194   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
195   assert(NumRanges >= 1);
196
197   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
198   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
199   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
200     ConstantInt *Lower = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 0));
201     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 1));
202     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
203     if (Range.isWrappedSet())
204       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
205     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
206     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
207   }
208
209   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
210 }
211
212 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
213 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
214 ///
215 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
216 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
217 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
218 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
219 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
220 /// this won't lose us code quality.
221 ///
222 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
223 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
224 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
225 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
226 /// for all of the elements in the vector.
227 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
228                             const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
229   assert(V && "No Value?");
230   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
231   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
232
233   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
234           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
235          "Not integer or pointer type!");
236   assert((!TD ||
237           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
238          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
239           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
240          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
241          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
242          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
243
244   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
245     // We know all of the bits for a constant!
246     KnownOne = CI->getValue();
247     KnownZero = ~KnownOne;
248     return;
249   }
250   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
251   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
252       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
253     KnownOne.clearAllBits();
254     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
255     return;
256   }
257   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
258   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
259   // we don't handle undef in any particularly useful way.
260   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
261     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
262     // each element.
263     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
264     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
265     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
266       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
267       KnownZero &= ~Elt;
268       KnownOne &= Elt;
269     }
270     return;
271   }
272
273   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
274   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
275     unsigned Align = GV->getAlignment();
276     if (Align == 0 && TD) {
277       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
278         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
279         if (ObjectType->isSized()) {
280           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
281           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
282           // may only have the minimum ABI alignment.
283           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
284             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
285           else
286             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
287         }
288       }
289     }
290     if (Align > 0)
291       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
292                                        countTrailingZeros(Align));
293     else
294       KnownZero.clearAllBits();
295     KnownOne.clearAllBits();
296     return;
297   }
298   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
299   // the bits of its aliasee.
300   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
301     if (GA->mayBeOverridden()) {
302       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
303     } else {
304       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
305     }
306     return;
307   }
308
309   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
310     unsigned Align = 0;
311
312     if (A->hasByValOrInAllocaAttr()) {
313       // Get alignment information off byval/inalloca arguments if specified in
314       // the IR.
315       Align = A->getParamAlignment();
316     } else if (TD && A->hasStructRetAttr()) {
317       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
318       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
319       if (EltTy->isSized())
320         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
321     }
322
323     if (Align)
324       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
325     return;
326   }
327
328   // Start out not knowing anything.
329   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
330
331   if (Depth == MaxDepth)
332     return;  // Limit search depth.
333
334   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
335   if (!I) return;
336
337   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
338   switch (I->getOpcode()) {
339   default: break;
340   case Instruction::Load:
341     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
342       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
343     break;
344   case Instruction::And: {
345     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
346     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
347     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
348
349     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
350     KnownOne &= KnownOne2;
351     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
352     KnownZero |= KnownZero2;
353     break;
354   }
355   case Instruction::Or: {
356     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
357     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
358
359     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
360     KnownZero &= KnownZero2;
361     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
362     KnownOne |= KnownOne2;
363     break;
364   }
365   case Instruction::Xor: {
366     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
367     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
368
369     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
370     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
371     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
372     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
373     KnownZero = KnownZeroOut;
374     break;
375   }
376   case Instruction::Mul: {
377     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
378     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
379                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
380     break;
381   }
382   case Instruction::UDiv: {
383     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
384     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
385     // be less than the denominator.
386     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
387     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
388
389     KnownOne2.clearAllBits();
390     KnownZero2.clearAllBits();
391     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
392     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
393     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
394       LeadZ = std::min(BitWidth,
395                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
396
397     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
398     break;
399   }
400   case Instruction::Select:
401     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
402     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD,
403                       Depth+1);
404
405     // Only known if known in both the LHS and RHS.
406     KnownOne &= KnownOne2;
407     KnownZero &= KnownZero2;
408     break;
409   case Instruction::FPTrunc:
410   case Instruction::FPExt:
411   case Instruction::FPToUI:
412   case Instruction::FPToSI:
413   case Instruction::SIToFP:
414   case Instruction::UIToFP:
415     break; // Can't work with floating point.
416   case Instruction::PtrToInt:
417   case Instruction::IntToPtr:
418     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
419     if (!TD) break;
420     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
421   case Instruction::ZExt:
422   case Instruction::Trunc: {
423     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
424
425     unsigned SrcBitWidth;
426     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
427     // which fall through here.
428     if(TD) {
429       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
430     } else {
431       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
432       if (!SrcBitWidth) break;
433     }
434
435     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
436     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
437     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
438     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
439     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
440     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
441     // Any top bits are known to be zero.
442     if (BitWidth > SrcBitWidth)
443       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
444     break;
445   }
446   case Instruction::BitCast: {
447     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
448     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
449         // TODO: For now, not handling conversions like:
450         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
451         !I->getType()->isVectorTy()) {
452       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
453       break;
454     }
455     break;
456   }
457   case Instruction::SExt: {
458     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
459     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
460
461     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
462     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
463     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
464     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
465     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
466
467     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
468     // top bits of the result.
469     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
470       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
471     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
472       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
473     break;
474   }
475   case Instruction::Shl:
476     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
477     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
478       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
479       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
480       KnownZero <<= ShiftAmt;
481       KnownOne  <<= ShiftAmt;
482       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
483       break;
484     }
485     break;
486   case Instruction::LShr:
487     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
488     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
489       // Compute the new bits that are at the top now.
490       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
491
492       // Unsigned shift right.
493       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero,KnownOne, TD, Depth+1);
494       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
495       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
496       // high bits known zero.
497       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
498       break;
499     }
500     break;
501   case Instruction::AShr:
502     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
503     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
504       // Compute the new bits that are at the top now.
505       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
506
507       // Signed shift right.
508       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
509       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
510       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
511
512       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
513       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
514         KnownZero |= HighBits;
515       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
516         KnownOne |= HighBits;
517       break;
518     }
519     break;
520   case Instruction::Sub: {
521     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
522     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
523                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
524                             Depth);
525     break;
526   }
527   case Instruction::Add: {
528     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
529     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
530                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
531                             Depth);
532     break;
533   }
534   case Instruction::SRem:
535     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
536       APInt RA = Rem->getValue().abs();
537       if (RA.isPowerOf2()) {
538         APInt LowBits = RA - 1;
539         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
540
541         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
542         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
543         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
544
545         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
546         // the upper bits are all zero.
547         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
548           KnownZero |= ~LowBits;
549
550         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
551         // the upper bits are all one.
552         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
553           KnownOne |= ~LowBits;
554
555         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
556       }
557     }
558
559     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
560     // remainder is zero.
561     if (KnownZero.isNonNegative()) {
562       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
563       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
564                        Depth+1);
565       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
566       if (LHSKnownZero.isNegative())
567         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
568     }
569
570     break;
571   case Instruction::URem: {
572     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
573       APInt RA = Rem->getValue();
574       if (RA.isPowerOf2()) {
575         APInt LowBits = (RA - 1);
576         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
577                          Depth+1);
578         KnownZero |= ~LowBits;
579         KnownOne &= LowBits;
580         break;
581       }
582     }
583
584     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
585     // zero bits in either operand must also exist in the result.
586     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
587     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
588
589     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
590                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
591     KnownOne.clearAllBits();
592     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
593     break;
594   }
595
596   case Instruction::Alloca: {
597     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
598     unsigned Align = AI->getAlignment();
599     if (Align == 0 && TD)
600       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
601
602     if (Align > 0)
603       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
604     break;
605   }
606   case Instruction::GetElementPtr: {
607     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
608     // to determine if we can prove known low zero bits.
609     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
610     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
611                      Depth+1);
612     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
613
614     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
615     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
616       Value *Index = I->getOperand(i);
617       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
618         // Handle struct member offset arithmetic.
619         if (!TD) {
620           TrailZ = 0;
621           break;
622         }
623
624         // Handle case when index is vector zeroinitializer
625         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
626         if (CIndex->isZeroValue())
627           continue;
628
629         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
630           Index = CIndex->getSplatValue();
631
632         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
633         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
634         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
635         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
636                                     countTrailingZeros(Offset));
637       } else {
638         // Handle array index arithmetic.
639         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
640         if (!IndexedTy->isSized()) {
641           TrailZ = 0;
642           break;
643         }
644         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
645         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
646         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
647         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
648         TrailZ = std::min(TrailZ,
649                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
650                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
651       }
652     }
653
654     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
655     break;
656   }
657   case Instruction::PHI: {
658     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
659     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
660     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
661     // this is sufficient to catch some interesting cases.
662     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
663       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
664         Value *L = P->getIncomingValue(i);
665         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
666         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
667         if (!LU)
668           continue;
669         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
670         // Check for operations that have the property that if
671         // both their operands have low zero bits, the result
672         // will have low zero bits.
673         if (Opcode == Instruction::Add ||
674             Opcode == Instruction::Sub ||
675             Opcode == Instruction::And ||
676             Opcode == Instruction::Or ||
677             Opcode == Instruction::Mul) {
678           Value *LL = LU->getOperand(0);
679           Value *LR = LU->getOperand(1);
680           // Find a recurrence.
681           if (LL == I)
682             L = LR;
683           else if (LR == I)
684             L = LL;
685           else
686             break;
687           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
688           // zero bits.
689           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
690
691           // We need to take the minimum number of known bits
692           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
693           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
694
695           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
696                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
697                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
698           break;
699         }
700       }
701     }
702
703     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
704     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
705       break;
706
707     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
708     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
709     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
710       // Skip if every incoming value references to ourself.
711       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
712         break;
713
714       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
715       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
716       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
717         // Skip direct self references.
718         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
719
720         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
721         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
722         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
723         // want to waste time spinning around in loops.
724         computeKnownBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
725                          MaxDepth-1);
726         KnownZero &= KnownZero2;
727         KnownOne &= KnownOne2;
728         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
729         // more operands.
730         if (!KnownZero && !KnownOne)
731           break;
732       }
733     }
734     break;
735   }
736   case Instruction::Call:
737   case Instruction::Invoke:
738     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
739       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
740     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
741     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
742     // the intrinsic.
743     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
744       switch (II->getIntrinsicID()) {
745       default: break;
746       case Intrinsic::ctlz:
747       case Intrinsic::cttz: {
748         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
749         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
750         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
751           LowBits -= 1;
752         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
753         break;
754       }
755       case Intrinsic::ctpop: {
756         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
757         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
758         break;
759       }
760       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
761         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
762         break;
763       }
764     }
765     break;
766   case Instruction::ExtractValue:
767     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
768       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
769       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
770       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
771         switch (II->getIntrinsicID()) {
772         default: break;
773         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
774         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
775           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
776                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
777                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
778           break;
779         case Intrinsic::usub_with_overflow:
780         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
781           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
782                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
783                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
784           break;
785         case Intrinsic::umul_with_overflow:
786         case Intrinsic::smul_with_overflow:
787           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
788                               false, KnownZero, KnownOne,
789                               KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
790           break;
791         }
792       }
793     }
794   }
795
796   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
797 }
798
799 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
800 /// one.  Convenience wrapper around computeKnownBits.
801 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
802                           const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
803   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
804   if (!BitWidth) {
805     KnownZero = false;
806     KnownOne = false;
807     return;
808   }
809   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
810   APInt OneBits(BitWidth, 0);
811   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth);
812   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
813   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
814 }
815
816 /// isKnownToBeAPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
817 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
818 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
819 /// types and vectors of integers.
820 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth) {
821   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
822     if (C->isNullValue())
823       return OrZero;
824     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
825       return CI->getValue().isPowerOf2();
826     // TODO: Handle vector constants.
827   }
828
829   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
830   // it is shifted off the end then the result is undefined.
831   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
832     return true;
833
834   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
835   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
836   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
837     return true;
838
839   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
840   if (Depth++ == MaxDepth)
841     return false;
842
843   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
844   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
845   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
846                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
847     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth);
848
849   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
850     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth);
851
852   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
853     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth) &&
854       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth);
855
856   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
857     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
858     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth) ||
859         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth))
860       return true;
861     // X & (-X) is always a power of two or zero.
862     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
863       return true;
864     return false;
865   }
866
867   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
868   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
869   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
870     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
871     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
872       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
873           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
874         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth))
875           return true;
876       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
877           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
878         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth))
879           return true;
880
881       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
882       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
883       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, nullptr, Depth);
884
885       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
886       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, nullptr, Depth);
887       // If i8 V is a power of two or zero:
888       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
889       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
890       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
891         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
892         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
893         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
894           return true;
895     }
896   }
897
898   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
899   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
900   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
901   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
902       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
903     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero, Depth);
904   }
905
906   return false;
907 }
908
909 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
910 ///
911 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
912 /// to be non-null.
913 ///
914 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
915 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
916                               unsigned Depth) {
917   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
918     return false;
919
920   // FIXME: Support vector-GEPs.
921   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
922
923   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
924   // inbounds GEP in address space zero.
925   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth))
926     return true;
927
928   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
929   if (!DL)
930     return false;
931
932   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
933   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
934   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
935   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
936        GTI != GTE; ++GTI) {
937     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
938     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
939       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
940       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
941       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
942       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
943       if (ElementOffset > 0)
944         return true;
945       continue;
946     }
947
948     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
949     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
950       continue;
951
952     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
953     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
954     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
955       if (!OpC->isZero())
956         return true;
957       continue;
958     }
959
960     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
961     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
962     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
963     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
964     // of depth.
965     if (Depth++ >= MaxDepth)
966       continue;
967
968     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth))
969       return true;
970   }
971
972   return false;
973 }
974
975 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
976 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
977 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
978 /// vectors of integers.
979 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
980   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
981     if (C->isNullValue())
982       return false;
983     if (isa<ConstantInt>(C))
984       // Must be non-zero due to null test above.
985       return true;
986     // TODO: Handle vectors
987     return false;
988   }
989
990   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
991   if (Depth++ >= MaxDepth)
992     return false;
993
994   // Check for pointer simplifications.
995   if (V->getType()->isPointerTy()) {
996     if (isKnownNonNull(V))
997       return true; 
998     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
999       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth))
1000         return true;
1001   }
1002
1003   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
1004
1005   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1006   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1007   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1008     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
1009
1010   // ext X != 0 if X != 0.
1011   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1012     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
1013
1014   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1015   // if the lowest bit is shifted off the end.
1016   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1017     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1018     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1019     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1020       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1021
1022     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1023     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1024     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1025     if (KnownOne[0])
1026       return true;
1027   }
1028   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1029   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1030   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1031     // shr exact can only shift out zero bits.
1032     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1033     if (BO->isExact())
1034       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1035
1036     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1037     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1038     if (XKnownNegative)
1039       return true;
1040   }
1041   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1042   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1043     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1044   }
1045   // X + Y.
1046   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1047     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1048     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1049     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1050     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
1051
1052     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1053     // zero unless both X and Y are zero.
1054     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1055       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1056         return true;
1057
1058     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1059     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1060     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1061       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1062       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1063       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1064       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1065       // to INT_MIN.
1066       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1067       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1068         return true;
1069       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1070       // to INT_MIN.
1071       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1072       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1073         return true;
1074     }
1075
1076     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1077     if (XKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth))
1078       return true;
1079     if (YKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth))
1080       return true;
1081   }
1082   // X * Y.
1083   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1084     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1085     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1086     // does not overflow.
1087     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1088         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1089       return true;
1090   }
1091   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1092   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1093     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
1094         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
1095       return true;
1096   }
1097
1098   if (!BitWidth) return false;
1099   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1100   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1101   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1102   return KnownOne != 0;
1103 }
1104
1105 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
1106 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
1107 /// for bits that V cannot have.
1108 ///
1109 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1110 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1111 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1112 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1113 /// for all of the elements in the vector.
1114 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1115                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
1116   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1117   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1118   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1119 }
1120
1121
1122
1123 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1124 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1125 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1126 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1127 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1128 ///
1129 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1130 ///
1131 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1132                                   unsigned Depth) {
1133   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1134          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1135          "on non-integer values!");
1136   Type *Ty = V->getType();
1137   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1138                          Ty->getScalarSizeInBits();
1139   unsigned Tmp, Tmp2;
1140   unsigned FirstAnswer = 1;
1141
1142   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
1143   // below.
1144
1145   if (Depth == 6)
1146     return 1;  // Limit search depth.
1147
1148   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1149   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1150   default: break;
1151   case Instruction::SExt:
1152     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1153     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1154
1155   case Instruction::AShr: {
1156     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1157     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1158     const APInt *ShAmt;
1159     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1160       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1161       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1162     }
1163     return Tmp;
1164   }
1165   case Instruction::Shl: {
1166     const APInt *ShAmt;
1167     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1168       // shl destroys sign bits.
1169       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1170       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1171       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1172           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1173       return Tmp - Tmp2;
1174     }
1175     break;
1176   }
1177   case Instruction::And:
1178   case Instruction::Or:
1179   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1180     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1181     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1182     if (Tmp != 1) {
1183       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1184       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1185       // We computed what we know about the sign bits as our first
1186       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1187       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
1188     }
1189     break;
1190
1191   case Instruction::Select:
1192     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1193     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1194     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1195     return std::min(Tmp, Tmp2);
1196
1197   case Instruction::Add:
1198     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1199     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1200     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1201     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1202
1203     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1204     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1205       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1206         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1207         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1208
1209         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1210         // sign bits set.
1211         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1212           return TyBits;
1213
1214         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1215         // out of the result.
1216         if (KnownZero.isNegative())
1217           return Tmp;
1218       }
1219
1220     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1221     if (Tmp2 == 1) return 1;
1222     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1223
1224   case Instruction::Sub:
1225     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1226     if (Tmp2 == 1) return 1;
1227
1228     // Handle NEG.
1229     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1230       if (CLHS->isNullValue()) {
1231         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1232         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1233         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1234         // sign bits set.
1235         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1236           return TyBits;
1237
1238         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1239         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1240         if (KnownZero.isNegative())
1241           return Tmp2;
1242
1243         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1244       }
1245
1246     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1247     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1248     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1249     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1250     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1251
1252   case Instruction::PHI: {
1253     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1254     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1255     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1256
1257     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1258     // because of our depth threshold.
1259     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1260     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1261       if (Tmp == 1) return Tmp;
1262       Tmp = std::min(Tmp,
1263                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1264     }
1265     return Tmp;
1266   }
1267
1268   case Instruction::Trunc:
1269     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1270     // case for targets like X86.
1271     break;
1272   }
1273
1274   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1275   // use this information.
1276   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1277   APInt Mask;
1278   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1279
1280   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1281     Mask = KnownZero;
1282   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1283     Mask = KnownOne;
1284   } else {
1285     // Nothing known.
1286     return FirstAnswer;
1287   }
1288
1289   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1290   // the number of identical bits in the top of the input value.
1291   Mask = ~Mask;
1292   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1293   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1294   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1295   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1296 }
1297
1298 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1299 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1300 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1301 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1302 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1303                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1304   const unsigned MaxDepth = 6;
1305
1306   assert(V && "No Value?");
1307   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1308   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1309
1310   Type *T = V->getType();
1311
1312   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1313
1314   if (Base == 0)
1315     return false;
1316
1317   if (Base == 1) {
1318     Multiple = V;
1319     return true;
1320   }
1321
1322   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1323   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1324   if (CO && CO == BaseVal) {
1325     // Multiple is 1.
1326     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1327     return true;
1328   }
1329
1330   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1331     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1332     return true;
1333   }
1334
1335   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1336
1337   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1338   if (!I) return false;
1339
1340   switch (I->getOpcode()) {
1341   default: break;
1342   case Instruction::SExt:
1343     if (!LookThroughSExt) return false;
1344     // otherwise fall through to ZExt
1345   case Instruction::ZExt:
1346     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1347                            LookThroughSExt, Depth+1);
1348   case Instruction::Shl:
1349   case Instruction::Mul: {
1350     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1351     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1352
1353     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1354       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1355       if (!Op1CI) return false;
1356       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1357       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1358       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1359       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1360       API.setBit(BitToSet);
1361       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1362     }
1363
1364     Value *Mul0 = nullptr;
1365     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1366       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1367         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1368           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1369               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1370             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1371           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1372               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1373             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1374
1375           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1376           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1377           return true;
1378         }
1379
1380       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1381         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1382           // V == Base * Op1, so return Op1
1383           Multiple = Op1;
1384           return true;
1385         }
1386     }
1387
1388     Value *Mul1 = nullptr;
1389     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1390       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1391         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1392           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1393               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1394             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1395           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1396               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1397             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1398
1399           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1400           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1401           return true;
1402         }
1403
1404       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1405         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1406           // V == Base * Op0, so return Op0
1407           Multiple = Op0;
1408           return true;
1409         }
1410     }
1411   }
1412   }
1413
1414   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1415   return false;
1416 }
1417
1418 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP
1419 /// value is never equal to -0.0.
1420 ///
1421 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1422 /// rounding modes!
1423 ///
1424 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1425   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1426     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1427
1428   if (Depth == 6)
1429     return 1;  // Limit search depth.
1430
1431   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1432   if (!I) return false;
1433
1434   // Check if the nsz fast-math flag is set
1435   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1436     if (FPO->hasNoSignedZeros())
1437       return true;
1438
1439   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1440   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
1441     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
1442       if (CFP->isNullValue())
1443         return true;
1444
1445   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1446   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1447     return true;
1448
1449   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1450     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1451     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1452       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1453
1454   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1455     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1456       if (F->isDeclaration()) {
1457         // abs(x) != -0.0
1458         if (F->getName() == "abs") return true;
1459         // fabs[lf](x) != -0.0
1460         if (F->getName() == "fabs") return true;
1461         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1462         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1463         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1464             F->getName() == "sqrtl")
1465           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1466       }
1467     }
1468
1469   return false;
1470 }
1471
1472 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1473 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1474 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1475 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1476 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1477 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1478   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1479   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1480
1481   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1482   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1483     if (C->isNullValue())
1484       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1485
1486   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1487   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
1488   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1489     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1490       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1491     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1492       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1493     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1494   }
1495
1496   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
1497   // multiple of 8 bits.
1498   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1499     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1500     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1501       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1502       // same at all levels.
1503       APInt Val = CI->getValue();
1504       APInt Val2;
1505       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1506         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1507         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1508         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1509         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1510
1511         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1512         if (Val != Val2)
1513           return nullptr;
1514       }
1515       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1516     }
1517   }
1518
1519   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1520   // also splatable.
1521   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1522     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1523     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1524     if (!Val)
1525       return nullptr;
1526
1527     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1528       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1529         return nullptr;
1530
1531     return Val;
1532   }
1533
1534   // Conceptually, we could handle things like:
1535   //   %a = zext i8 %X to i16
1536   //   %b = shl i16 %a, 8
1537   //   %c = or i16 %a, %b
1538   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1539   // worth worrying about.
1540   return nullptr;
1541 }
1542
1543
1544 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1545 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1546 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1547 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1548 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1549 // build on that.
1550 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1551                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
1552                                 unsigned IdxSkip,
1553                                 Instruction *InsertBefore) {
1554   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1555   if (STy) {
1556     // Save the original To argument so we can modify it
1557     Value *OrigTo = To;
1558     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1559     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1560       // Process each struct element recursively
1561       Idxs.push_back(i);
1562       Value *PrevTo = To;
1563       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1564                              InsertBefore);
1565       Idxs.pop_back();
1566       if (!To) {
1567         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1568         while (PrevTo != OrigTo) {
1569           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1570           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1571           Del->eraseFromParent();
1572         }
1573         // Stop processing elements
1574         break;
1575       }
1576     }
1577     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1578     if (To)
1579       return To;
1580   }
1581   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1582   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1583   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1584   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1585
1586   // Find the value that is at that particular spot
1587   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1588
1589   if (!V)
1590     return nullptr;
1591
1592   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1593   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1594                                        "tmp", InsertBefore);
1595 }
1596
1597 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1598 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1599 // { a, { b, { c, d }, e } }
1600 // and the indices "1, 1" this returns
1601 // { c, d }.
1602 //
1603 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1604 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1605 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1606 // insertvalue instruction somewhere).
1607 //
1608 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1609 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1610                                 Instruction *InsertBefore) {
1611   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1612   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1613                                                              idx_range);
1614   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1615   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1616   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1617
1618   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1619 }
1620
1621 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1622 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1623 /// were inserted directly into the aggregrate.
1624 ///
1625 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1626 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1627 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1628                                Instruction *InsertBefore) {
1629   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1630   // recursion).
1631   if (idx_range.empty())
1632     return V;
1633   // We have indices, so V should have an indexable type.
1634   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1635          "Not looking at a struct or array?");
1636   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1637          "Invalid indices for type?");
1638
1639   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1640     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1641     if (!C) return nullptr;
1642     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1643   }
1644
1645   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1646     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1647     // requested indices
1648     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1649     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1650          i != e; ++i, ++req_idx) {
1651       if (req_idx == idx_range.end()) {
1652         // We can't handle this without inserting insertvalues
1653         if (!InsertBefore)
1654           return nullptr;
1655
1656         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1657         // this specially. For example,
1658         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1659         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1660         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1661         // This can be changed into
1662         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1663         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1664         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1665         // removed.
1666         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1667                                  InsertBefore);
1668       }
1669
1670       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1671       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1672       // looking for, then.
1673       if (*req_idx != *i)
1674         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1675                                  InsertBefore);
1676     }
1677     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1678     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1679     // the inserted value, passing any remaining indices.
1680     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1681                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1682                              InsertBefore);
1683   }
1684
1685   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1686     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1687     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1688     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1689
1690     // Calculate the number of indices required
1691     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1692     // Allocate some space to put the new indices in
1693     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1694     Idxs.reserve(size);
1695     // Add indices from the extract value instruction
1696     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1697
1698     // Add requested indices
1699     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1700
1701     assert(Idxs.size() == size
1702            && "Number of indices added not correct?");
1703
1704     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1705   }
1706   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1707   // or load instruction)
1708   return nullptr;
1709 }
1710
1711 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1712 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1713 /// base and offset to the caller.
1714 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1715                                               const DataLayout *DL) {
1716   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
1717   // the widest we support.
1718   unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()) : 64;
1719   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
1720   while (1) {
1721     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
1722       break;
1723
1724     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1725       if (DL) {
1726         APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
1727         if (!GEP->accumulateConstantOffset(*DL, GEPOffset))
1728           break;
1729
1730         ByteOffset += GEPOffset;
1731       }
1732
1733       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1734     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1735       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1736     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1737       if (GA->mayBeOverridden())
1738         break;
1739       Ptr = GA->getAliasee();
1740     } else {
1741       break;
1742     }
1743   }
1744   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
1745   return Ptr;
1746 }
1747
1748
1749 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1750 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1751 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1752 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1753                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1754   assert(V);
1755
1756   // Look through bitcast instructions and geps.
1757   V = V->stripPointerCasts();
1758
1759   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1760   // offset.
1761   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1762     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1763     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1764       return false;
1765
1766     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1767     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1768     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1769     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1770       return false;
1771
1772     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1773     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1774     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1775     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
1776       return false;
1777
1778     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1779     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1780     // the string.
1781     uint64_t StartIdx = 0;
1782     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1783       StartIdx = CI->getZExtValue();
1784     else
1785       return false;
1786     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1787   }
1788
1789   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1790   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1791   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1792   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1793   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1794     return false;
1795
1796   // Handle the all-zeros case
1797   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1798     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1799     // length of the string must be zero.
1800     Str = "";
1801     return true;
1802   }
1803
1804   // Must be a Constant Array
1805   const ConstantDataArray *Array =
1806     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1807   if (!Array || !Array->isString())
1808     return false;
1809
1810   // Get the number of elements in the array
1811   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1812
1813   // Start out with the entire array in the StringRef.
1814   Str = Array->getAsString();
1815
1816   if (Offset > NumElts)
1817     return false;
1818
1819   // Skip over 'offset' bytes.
1820   Str = Str.substr(Offset);
1821
1822   if (TrimAtNul) {
1823     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1824     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1825     // some other way that the string is length-bound.
1826     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1827   }
1828   return true;
1829 }
1830
1831 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1832 // nodes.
1833 // TODO: See if we can integrate these two together.
1834
1835 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1836 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1837 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1838   // Look through noop bitcast instructions.
1839   V = V->stripPointerCasts();
1840
1841   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1842   // or we haven't.
1843   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1844     if (!PHIs.insert(PN))
1845       return ~0ULL;  // already in the set.
1846
1847     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1848     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1849     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1850       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1851       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1852
1853       if (Len == ~0ULL) continue;
1854
1855       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1856         return 0;    // Disagree -> unknown.
1857       LenSoFar = Len;
1858     }
1859
1860     // Success, all agree.
1861     return LenSoFar;
1862   }
1863
1864   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1865   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1866     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1867     if (Len1 == 0) return 0;
1868     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1869     if (Len2 == 0) return 0;
1870     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1871     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1872     if (Len1 != Len2) return 0;
1873     return Len1;
1874   }
1875
1876   // Otherwise, see if we can read the string.
1877   StringRef StrData;
1878   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1879     return 0;
1880
1881   return StrData.size()+1;
1882 }
1883
1884 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1885 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1886 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1887   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1888
1889   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1890   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1891   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1892   // an empty string as a length.
1893   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1894 }
1895
1896 Value *
1897 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
1898   if (!V->getType()->isPointerTy())
1899     return V;
1900   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1901     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1902       V = GEP->getPointerOperand();
1903     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1904       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1905     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1906       if (GA->mayBeOverridden())
1907         return V;
1908       V = GA->getAliasee();
1909     } else {
1910       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1911       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1912         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1913         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, nullptr)) {
1914           V = Simplified;
1915           continue;
1916         }
1917
1918       return V;
1919     }
1920     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1921   }
1922   return V;
1923 }
1924
1925 void
1926 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
1927                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
1928                            const DataLayout *TD,
1929                            unsigned MaxLookup) {
1930   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1931   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
1932   Worklist.push_back(V);
1933   do {
1934     Value *P = Worklist.pop_back_val();
1935     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
1936
1937     if (!Visited.insert(P))
1938       continue;
1939
1940     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
1941       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
1942       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
1943       continue;
1944     }
1945
1946     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
1947       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1948         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
1949       continue;
1950     }
1951
1952     Objects.push_back(P);
1953   } while (!Worklist.empty());
1954 }
1955
1956 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1957 /// are lifetime markers.
1958 ///
1959 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1960   for (const User *U : V->users()) {
1961     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
1962     if (!II) return false;
1963
1964     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1965         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1966       return false;
1967   }
1968   return true;
1969 }
1970
1971 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1972                                         const DataLayout *TD) {
1973   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1974   if (!Inst)
1975     return false;
1976
1977   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1978     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1979       if (C->canTrap())
1980         return false;
1981
1982   switch (Inst->getOpcode()) {
1983   default:
1984     return true;
1985   case Instruction::UDiv:
1986   case Instruction::URem:
1987     // x / y is undefined if y == 0, but calcuations like x / 3 are safe.
1988     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1989   case Instruction::SDiv:
1990   case Instruction::SRem: {
1991     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1992     // x / y is undefined if y == 0
1993     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1994       return false;
1995     // x / y might be undefined if y == -1
1996     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1997     if (BitWidth == 0)
1998       return false;
1999     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2000     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2001     computeKnownBits(Op, KnownZero, KnownOne, TD);
2002     return !!KnownZero;
2003   }
2004   case Instruction::Load: {
2005     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
2006     if (!LI->isUnordered() ||
2007         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
2008         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread))
2009       return false;
2010     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer();
2011   }
2012   case Instruction::Call: {
2013    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
2014      switch (II->getIntrinsicID()) {
2015        // These synthetic intrinsics have no side-effects, and just mark
2016        // information about their operands.
2017        // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
2018        // should be considered at least *safe* to speculate...
2019        case Intrinsic::dbg_declare:
2020        case Intrinsic::dbg_value:
2021          return true;
2022
2023        case Intrinsic::bswap:
2024        case Intrinsic::ctlz:
2025        case Intrinsic::ctpop:
2026        case Intrinsic::cttz:
2027        case Intrinsic::objectsize:
2028        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2029        case Intrinsic::smul_with_overflow:
2030        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2031        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2032        case Intrinsic::umul_with_overflow:
2033        case Intrinsic::usub_with_overflow:
2034          return true;
2035        // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
2036        // errno like libm sqrt would.
2037        case Intrinsic::sqrt:
2038        case Intrinsic::fma:
2039        case Intrinsic::fmuladd:
2040          return true;
2041        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2042        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2043        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2044        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2045        default: break;
2046      }
2047    }
2048     return false; // The called function could have undefined behavior or
2049                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2050   }
2051   case Instruction::VAArg:
2052   case Instruction::Alloca:
2053   case Instruction::Invoke:
2054   case Instruction::PHI:
2055   case Instruction::Store:
2056   case Instruction::Ret:
2057   case Instruction::Br:
2058   case Instruction::IndirectBr:
2059   case Instruction::Switch:
2060   case Instruction::Unreachable:
2061   case Instruction::Fence:
2062   case Instruction::LandingPad:
2063   case Instruction::AtomicRMW:
2064   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2065   case Instruction::Resume:
2066     return false; // Misc instructions which have effects
2067   }
2068 }
2069
2070 /// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
2071 /// null.
2072 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2073   // Alloca never returns null, malloc might.
2074   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2075
2076   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
2077   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2078     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
2079
2080   // Global values are not null unless extern weak.
2081   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2082     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2083
2084   if (ImmutableCallSite CS = V)
2085     if (CS.paramHasAttr(0, Attribute::NonNull))
2086       return true;
2087
2088   // operator new never returns null.
2089   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
2090     return true;
2091
2092   return false;
2093 }