[MemoryBuiltins] Remove isOperatorNewLike by consolidating non-null inference handling
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/IR/CallSite.h"
23 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
29 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/Metadata.h"
34 #include "llvm/IR/Operator.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
39 #include <cstring>
40 using namespace llvm;
41 using namespace llvm::PatternMatch;
42
43 const unsigned MaxDepth = 6;
44
45 /// Enable an experimental feature to leverage information about dominating
46 /// conditions to compute known bits.  The individual options below control how
47 /// hard we search.  The defaults are chosen to be fairly aggressive.  If you
48 /// run into compile time problems when testing, scale them back and report
49 /// your findings.
50 static cl::opt<bool> EnableDomConditions("value-tracking-dom-conditions",
51                                          cl::Hidden, cl::init(false));
52
53 // This is expensive, so we only do it for the top level query value.
54 // (TODO: evaluate cost vs profit, consider higher thresholds)
55 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDepth("dom-conditions-max-depth",
56                                                cl::Hidden, cl::init(1));
57
58 /// How many dominating blocks should be scanned looking for dominating
59 /// conditions?
60 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDomBlocks("dom-conditions-dom-blocks",
61                                                    cl::Hidden,
62                                                    cl::init(20));
63
64 // Controls the number of uses of the value searched for possible
65 // dominating comparisons.
66 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
67                                               cl::Hidden, cl::init(20));
68
69 // If true, don't consider only compares whose only use is a branch.
70 static cl::opt<bool> DomConditionsSingleCmpUse("dom-conditions-single-cmp-use",
71                                                cl::Hidden, cl::init(false));
72
73 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
74 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
75 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
76   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
77     return BitWidth;
78
79   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
80 }
81
82 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
83 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
84 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
85 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
86 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
87 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
88 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
89 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
90 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
91
92 namespace {
93 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
94 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
95 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
96 // figuring out if we can use it.
97 struct Query {
98   ExclInvsSet ExclInvs;
99   AssumptionCache *AC;
100   const Instruction *CxtI;
101   const DominatorTree *DT;
102
103   Query(AssumptionCache *AC = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
104         const DominatorTree *DT = nullptr)
105       : AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
106
107   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
108       : ExclInvs(Q.ExclInvs), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
109     ExclInvs.insert(NewExcl);
110   }
111 };
112 } // end anonymous namespace
113
114 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
115 // the preferred context instruction (if any).
116 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
117   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
118   // it has been inserted).
119   if (CxtI && CxtI->getParent())
120     return CxtI;
121
122   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
123   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
124   if (CxtI && CxtI->getParent())
125     return CxtI;
126
127   return nullptr;
128 }
129
130 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
131                              const DataLayout &DL, unsigned Depth,
132                              const Query &Q);
133
134 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
135                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
136                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
137                             const DominatorTree *DT) {
138   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
139                      Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
140 }
141
142 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(Value *LHS, Value *RHS, const DataLayout &DL,
143                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
144                                const DominatorTree *DT) {
145   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
146          "LHS and RHS should have the same type");
147   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
148          "LHS and RHS should be integers");
149   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
150   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
151   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
152   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
153   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
154   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
155 }
156
157 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
158                            const DataLayout &DL, unsigned Depth,
159                            const Query &Q);
160
161 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
162                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
163                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
164                           const DominatorTree *DT) {
165   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
166                    Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
167 }
168
169 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
170                                    const Query &Q, const DataLayout &DL);
171
172 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, const DataLayout &DL, bool OrZero,
173                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
174                                   const Instruction *CxtI,
175                                   const DominatorTree *DT) {
176   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
177                                   Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT), DL);
178 }
179
180 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
181                            const Query &Q);
182
183 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
184                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
185                           const DominatorTree *DT) {
186   return ::isKnownNonZero(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
187 }
188
189 bool llvm::isKnownNonNegative(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
190                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
191                               const DominatorTree *DT) {
192   bool NonNegative, Negative;
193   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
194   return NonNegative;
195 }
196
197 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
198                            const Query &Q);
199
200 bool llvm::isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
201                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
202                           const DominatorTree *DT) {
203   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, DL, Query(AC,
204                                              safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
205                                              DT));
206 }
207
208 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
209                               unsigned Depth, const Query &Q);
210
211 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
212                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
213                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
214   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, DL, Depth,
215                              Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
216 }
217
218 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
219                                    unsigned Depth, const Query &Q);
220
221 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
222                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
223                                   const Instruction *CxtI,
224                                   const DominatorTree *DT) {
225   return ::ComputeNumSignBits(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
226 }
227
228 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
229                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
230                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
231                                    const DataLayout &DL, unsigned Depth,
232                                    const Query &Q) {
233   if (!Add) {
234     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
235       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
236       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
237       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
238       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
239         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
240         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
241         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
242         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
243         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
244
245         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
246         // output top bits are zero, because we now know that the output is
247         // from [0-C].
248         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
249           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
250           // Top bits known zero.
251           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
252         }
253       }
254     }
255   }
256
257   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
258
259   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
260   // corresponding bits in the operands are not needed.
261   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
262   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, Depth + 1, Q);
263   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
264
265   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
266   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
267   if (!Add) {
268     // Sum = LHS + ~RHS + 1
269     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
270     CarryIn.setBit(0);
271   }
272
273   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
274   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
275
276   // Compute known bits of the carry.
277   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
278   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
279
280   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
281   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
282   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
283   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
284   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
285
286   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
287          "known bits of sum differ");
288
289   // Compute known bits of the result.
290   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
291   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
292
293   // Are we still trying to solve for the sign bit?
294   if (!Known.isNegative()) {
295     if (NSW) {
296       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
297       // a non-negative one, can't wrap into negative.
298       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
299         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
300       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
301       // a negative one, can't wrap into non-negative.
302       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
303         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
304     }
305   }
306 }
307
308 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
309                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
310                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
311                                 const DataLayout &DL, unsigned Depth,
312                                 const Query &Q) {
313   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
314   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
315   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
316
317   bool isKnownNegative = false;
318   bool isKnownNonNegative = false;
319   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
320   if (NSW) {
321     if (Op0 == Op1) {
322       // The product of a number with itself is non-negative.
323       isKnownNonNegative = true;
324     } else {
325       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
326       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
327       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
328       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
329       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
330       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
331         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
332       // The product of a negative number and a non-negative number is either
333       // negative or zero.
334       if (!isKnownNonNegative)
335         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
336                            isKnownNonZero(Op0, DL, Depth, Q)) ||
337                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
338                            isKnownNonZero(Op1, DL, Depth, Q));
339     }
340   }
341
342   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
343   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
344   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
345   // interesting case of alignment computation.
346   KnownOne.clearAllBits();
347   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
348                     KnownZero2.countTrailingOnes();
349   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
350                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
351                              BitWidth) - BitWidth;
352
353   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
354   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
355   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
356               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
357
358   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
359   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
360   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
361   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
362   // whatever we like here.
363   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
364     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
365   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
366     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
367 }
368
369 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
370                                              APInt &KnownZero,
371                                              APInt &KnownOne) {
372   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
373   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
374   assert(NumRanges >= 1);
375
376   KnownZero.setAllBits();
377   KnownOne.setAllBits();
378
379   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
380     ConstantInt *Lower =
381         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
382     ConstantInt *Upper =
383         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
384     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
385
386     // The first CommonPrefixBits of all values in Range are equal.
387     unsigned CommonPrefixBits =
388         (Range.getUnsignedMax() ^ Range.getUnsignedMin()).countLeadingZeros();
389
390     APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, CommonPrefixBits);
391     KnownOne &= Range.getUnsignedMax() & Mask;
392     KnownZero &= ~Range.getUnsignedMax() & Mask;
393   }
394 }
395
396 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
397   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
398   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
399   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
400
401   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
402   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
403   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
404   if (std::find(I->op_begin(), I->op_end(), E) != I->op_end())
405     return true;
406
407   while (!WorkSet.empty()) {
408     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
409     if (!Visited.insert(V).second)
410       continue;
411
412     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
413     if (std::all_of(V->user_begin(), V->user_end(),
414                     [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
415       if (V == E)
416         return true;
417
418       EphValues.insert(V);
419       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
420         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
421              J != JE; ++J) {
422           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
423             WorkSet.push_back(*J);
424         }
425     }
426   }
427
428   return false;
429 }
430
431 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
432 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
433   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
434     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
435       switch (F->getIntrinsicID()) {
436       default: break;
437       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
438       case Intrinsic::assume:
439       case Intrinsic::dbg_declare:
440       case Intrinsic::dbg_value:
441       case Intrinsic::invariant_start:
442       case Intrinsic::invariant_end:
443       case Intrinsic::lifetime_start:
444       case Intrinsic::lifetime_end:
445       case Intrinsic::objectsize:
446       case Intrinsic::ptr_annotation:
447       case Intrinsic::var_annotation:
448         return true;
449       }
450
451   return false;
452 }
453
454 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q) {
455   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
456
457   // There are two restrictions on the use of an assume:
458   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
459   //     reach the assume whenever it reaches the context).
460   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
461   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
462   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
463   //     the assume).
464
465   if (Q.DT) {
466     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
467       return true;
468     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
469       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
470       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
471       for (BasicBlock::const_iterator I =
472              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
473                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
474         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
475           return false;
476
477       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
478     }
479
480     return false;
481   }
482
483   // When we don't have a DT, we do a limited search...
484   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
485     return true;
486   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
487     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
488     // of the block); the common case is that the assume will come first.
489     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
490          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
491       if (&*I == Q.CxtI)
492         return true;
493
494     // The context must come first...
495     for (BasicBlock::const_iterator I =
496            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
497                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
498       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
499         return false;
500
501     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
502   }
503
504   return false;
505 }
506
507 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
508                                    const Instruction *CxtI,
509                                    const DominatorTree *DT) {
510   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction *>(I),
511                                    Query(nullptr, CxtI, DT));
512 }
513
514 template<typename LHS, typename RHS>
515 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
516                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
517 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
518   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
519 }
520
521 template<typename LHS, typename RHS>
522 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
523                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
524 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
525   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
526 }
527
528 template<typename LHS, typename RHS>
529 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
530                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
531 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
532   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
533 }
534
535 template<typename LHS, typename RHS>
536 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
537                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
538 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
539   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
540 }
541
542 /// Compute known bits in 'V' under the assumption that the condition 'Cmp' is
543 /// true (at the context instruction.)  This is mostly a utility function for
544 /// the prototype dominating conditions reasoning below.
545 static void computeKnownBitsFromTrueCondition(Value *V, ICmpInst *Cmp,
546                                               APInt &KnownZero,
547                                               APInt &KnownOne,
548                                               const DataLayout &DL,
549                                               unsigned Depth, const Query &Q) {
550   Value *LHS = Cmp->getOperand(0);
551   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
552   // TODO: We could potentially be more aggressive here.  This would be worth
553   // evaluating.  If we can, explore commoning this code with the assume
554   // handling logic.
555   if (LHS != V && RHS != V)
556     return;
557
558   const unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
559
560   switch (Cmp->getPredicate()) {
561   default:
562     // We know nothing from this condition
563     break;
564   // TODO: implement unsigned bound from below (known one bits)
565   // TODO: common condition check implementations with assumes
566   // TODO: implement other patterns from assume (e.g. V & B == A)
567   case ICmpInst::ICMP_SGT:
568     if (LHS == V) {
569       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
570       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
571       if (KnownOneTemp.isAllOnesValue() || KnownZeroTemp.isNegative()) {
572         // We know that the sign bit is zero.
573         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
574       }
575     }
576     break;
577   case ICmpInst::ICMP_EQ:
578     {
579       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
580       if (LHS == V)
581         computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
582       else if (RHS == V)
583         computeKnownBits(LHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
584       else
585         llvm_unreachable("missing use?");
586       KnownZero |= KnownZeroTemp;
587       KnownOne |= KnownOneTemp;
588     }
589     break;
590   case ICmpInst::ICMP_ULE:
591     if (LHS == V) {
592       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
593       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
594       // The known zero bits carry over
595       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
596       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
597     }
598     break;
599   case ICmpInst::ICMP_ULT:
600     if (LHS == V) {
601       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
602       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
603       // Whatever high bits in rhs are zero are known to be zero (if rhs is a
604       // power of 2, then one more).
605       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
606       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(RHS, false, Depth + 1, Query(Q, Cmp), DL))
607         SignBits++;
608       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
609     }
610     break;
611   };
612 }
613
614 /// Compute known bits in 'V' from conditions which are known to be true along
615 /// all paths leading to the context instruction.  In particular, look for
616 /// cases where one branch of an interesting condition dominates the context
617 /// instruction.  This does not do general dataflow.
618 /// NOTE: This code is EXPERIMENTAL and currently off by default.
619 static void computeKnownBitsFromDominatingCondition(Value *V, APInt &KnownZero,
620                                                     APInt &KnownOne,
621                                                     const DataLayout &DL,
622                                                     unsigned Depth,
623                                                     const Query &Q) {
624   // Need both the dominator tree and the query location to do anything useful
625   if (!Q.DT || !Q.CxtI)
626     return;
627   Instruction *Cxt = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
628   // The context instruction might be in a statically unreachable block.  If
629   // so, asking dominator queries may yield suprising results.  (e.g. the block
630   // may not have a dom tree node)
631   if (!Q.DT->isReachableFromEntry(Cxt->getParent()))
632     return;
633
634   // Avoid useless work
635   if (auto VI = dyn_cast<Instruction>(V))
636     if (VI->getParent() == Cxt->getParent())
637       return;
638
639   // Note: We currently implement two options.  It's not clear which of these
640   // will survive long term, we need data for that.
641   // Option 1 - Try walking the dominator tree looking for conditions which
642   // might apply.  This works well for local conditions (loop guards, etc..),
643   // but not as well for things far from the context instruction (presuming a
644   // low max blocks explored).  If we can set an high enough limit, this would
645   // be all we need.
646   // Option 2 - We restrict out search to those conditions which are uses of
647   // the value we're interested in.  This is independent of dom structure,
648   // but is slightly less powerful without looking through lots of use chains.
649   // It does handle conditions far from the context instruction (e.g. early
650   // function exits on entry) really well though.
651
652   // Option 1 - Search the dom tree
653   unsigned NumBlocksExplored = 0;
654   BasicBlock *Current = Cxt->getParent();
655   while (true) {
656     // Stop searching if we've gone too far up the chain
657     if (NumBlocksExplored >= DomConditionsMaxDomBlocks)
658       break;
659     NumBlocksExplored++;
660
661     if (!Q.DT->getNode(Current)->getIDom())
662       break;
663     Current = Q.DT->getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
664     if (!Current)
665       // found function entry
666       break;
667
668     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Current->getTerminator());
669     if (!BI || BI->isUnconditional())
670       continue;
671     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
672     if (!Cmp)
673       continue;
674
675     // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the context
676     // instruction.  Finding a condition where one path dominates the context
677     // isn't enough because both the true and false cases could merge before
678     // the context instruction we're actually interested in.  Instead, we need
679     // to ensure that the taken *edge* dominates the context instruction.  We
680     // know that the edge must be reachable since we started from a reachable
681     // block.
682     BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
683     BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
684     if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
685       continue;
686
687     computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
688                                       Q);
689   }
690
691   // Option 2 - Search the other uses of V
692   unsigned NumUsesExplored = 0;
693   for (auto U : V->users()) {
694     // Avoid massive lists
695     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
696       break;
697     NumUsesExplored++;
698     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
699     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
700     if (!Cmp)
701       continue;
702
703     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
704       continue;
705
706     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
707       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
708       if (!BI || BI->isUnconditional())
709         continue;
710       // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the
711       // context instruction.  Finding a condition where one path dominates
712       // the context isn't enough because both the true and false cases could
713       // merge before the context instruction we're actually interested in.
714       // Instead, we need to ensure that the taken *edge* dominates the context
715       // instruction. 
716       BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
717       BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
718       if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
719         continue;
720
721       computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
722                                         Q);
723     }
724   }
725 }
726
727 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
728                                        APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
729                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
730   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
731   // cannot use them!
732   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
733     return;
734
735   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
736
737   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptions()) {
738     if (!AssumeVH)
739       continue;
740     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
741     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
742            "Got assumption for the wrong function!");
743     if (Q.ExclInvs.count(I))
744       continue;
745
746     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
747     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
748     // runtime of ~O(#assumes * #values).
749
750     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
751            "must be an assume intrinsic");
752
753     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
754
755     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
756       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
757       KnownZero.clearAllBits();
758       KnownOne.setAllBits();
759       return;
760     }
761
762     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
763     if (Depth == MaxDepth)
764       continue;
765
766     Value *A, *B;
767     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
768                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
769                            m_BitCast(m_Specific(V))));
770
771     CmpInst::Predicate Pred;
772     ConstantInt *C;
773     // assume(v = a)
774     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
775         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
776       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
777       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
778       KnownZero |= RHSKnownZero;
779       KnownOne  |= RHSKnownOne;
780     // assume(v & b = a)
781     } else if (match(Arg,
782                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
783                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
784       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
785       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
786       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
787       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
788
789       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
790       // known bits from the RHS to V.
791       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
792       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
793     // assume(~(v & b) = a)
794     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
795                                    m_Value(A))) &&
796                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
797       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
798       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
799       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
800       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
801
802       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
803       // inverted known bits from the RHS to V.
804       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
805       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
806     // assume(v | b = a)
807     } else if (match(Arg,
808                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
809                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
810       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
811       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
812       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
813       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
814
815       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
816       // bits from the RHS to V.
817       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
818       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
819     // assume(~(v | b) = a)
820     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
821                                    m_Value(A))) &&
822                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
823       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
824       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
825       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
826       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
827
828       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
829       // inverted known bits from the RHS to V.
830       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
831       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
832     // assume(v ^ b = a)
833     } else if (match(Arg,
834                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
835                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
836       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
837       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
838       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
839       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
840
841       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
842       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
843       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
844       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
845       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
846       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
847       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
848     // assume(~(v ^ b) = a)
849     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
850                                    m_Value(A))) &&
851                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
852       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
853       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
854       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
855       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
856
857       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
858       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
859       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
860       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
861       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
862       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
863       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
864     // assume(v << c = a)
865     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
866                                    m_Value(A))) &&
867                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
868       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
869       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
870       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
871       // bits in V shifted to the right by C.
872       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
873       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
874     // assume(~(v << c) = a)
875     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
876                                    m_Value(A))) &&
877                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
878       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
879       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
880       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
881       // to known bits in V shifted to the right by C.
882       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
883       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
884     // assume(v >> c = a)
885     } else if (match(Arg,
886                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
887                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
888                               m_Value(A))) &&
889                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
890       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
891       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
892       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
893       // bits in V shifted to the right by C.
894       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
895       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
896     // assume(~(v >> c) = a)
897     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
898                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
899                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
900                                    m_Value(A))) &&
901                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
902       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
903       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
904       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
905       // to known bits in V shifted to the right by C.
906       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
907       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
908     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
909     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
910                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
911       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
912       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
913
914       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
915         // We know that the sign bit is zero.
916         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
917       }
918     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
919     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
920                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
921       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
922       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
923
924       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
925         // We know that the sign bit is zero.
926         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
927       }
928     // assume(v <=_s c) where c is negative
929     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
930                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
931       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
932       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
933
934       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
935         // We know that the sign bit is one.
936         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
937       }
938     // assume(v <_s c) where c is non-positive
939     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
940                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
941       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
942       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
943
944       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
945         // We know that the sign bit is one.
946         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
947       }
948     // assume(v <=_u c)
949     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
950                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
951       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
952       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
953
954       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
955       KnownZero |=
956         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
957     // assume(v <_u c)
958     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
959                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
960       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
961       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
962
963       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
964       // of 2, then one more).
965       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I), DL))
966         KnownZero |=
967           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
968       else
969         KnownZero |=
970           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
971     }
972   }
973 }
974
975 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
976 // non-constant shift amount. KnownZero and KnownOne are the outputs of this
977 // function. KnownZero2 and KnownOne2 are pre-allocated temporaries with the
978 // same bit width as KnownZero and KnownOne. KZF and KOF are operator-specific
979 // functors that, given the known-zero or known-one bits respectively, and a
980 // shift amount, compute the implied known-zero or known-one bits of the shift
981 // operator's result respectively for that shift amount. The results from calling
982 // KZF and KOF are conservatively combined for all permitted shift amounts.
983 template <typename KZFunctor, typename KOFunctor>
984 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(Operator *I,
985               APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
986               APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
987               const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q,
988               KZFunctor KZF, KOFunctor KOF) {
989   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
990
991   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
992     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
993
994     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
995     KnownZero = KZF(KnownZero, ShiftAmt);
996     KnownOne  = KOF(KnownOne, ShiftAmt);
997     return;
998   }
999
1000   computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1001
1002   // Note: We cannot use KnownZero.getLimitedValue() here, because if
1003   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
1004   // limit value (which implies all bits are known).
1005   uint64_t ShiftAmtKZ = KnownZero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1006   uint64_t ShiftAmtKO = KnownOne.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1007
1008   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
1009   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
1010   KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1011
1012   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
1013   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
1014   // only compute it when absolutely necessary.
1015   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
1016
1017   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
1018   if (!(ShiftAmtKZ & (BitWidth - 1)) && !(ShiftAmtKO & (BitWidth - 1))) {
1019     ShifterOperandIsNonZero =
1020         isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1021     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
1022       return;
1023   }
1024
1025   computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1026
1027   KnownZero = KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1028   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
1029     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
1030     // compatible with its known constraints.
1031     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
1032       continue;
1033     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
1034       continue;
1035     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
1036     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
1037     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
1038     if (ShiftAmt == 0) {
1039       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
1040         ShifterOperandIsNonZero =
1041             isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1042       if (*ShifterOperandIsNonZero)
1043         continue;
1044     }
1045
1046     KnownZero &= KZF(KnownZero2, ShiftAmt);
1047     KnownOne  &= KOF(KnownOne2, ShiftAmt);
1048   }
1049
1050   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
1051   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
1052   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
1053   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
1054   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
1055   if ((KnownZero & KnownOne) != 0)
1056     KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1057 }
1058
1059 static void computeKnownBitsFromOperator(Operator *I, APInt &KnownZero,
1060                                          APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
1061                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
1062   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1063
1064   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
1065   switch (I->getOpcode()) {
1066   default: break;
1067   case Instruction::Load:
1068     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1069       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1070     break;
1071   case Instruction::And: {
1072     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
1073     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1074     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1075
1076     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
1077     KnownOne &= KnownOne2;
1078     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
1079     KnownZero |= KnownZero2;
1080
1081     // and(x, add (x, -1)) is a common idiom that always clears the low bit;
1082     // here we handle the more general case of adding any odd number by
1083     // matching the form add(x, add(x, y)) where y is odd.
1084     // TODO: This could be generalized to clearing any bit set in y where the
1085     // following bit is known to be unset in y.
1086     Value *Y = nullptr;
1087     if (match(I->getOperand(0), m_Add(m_Specific(I->getOperand(1)),
1088                                       m_Value(Y))) ||
1089         match(I->getOperand(1), m_Add(m_Specific(I->getOperand(0)),
1090                                       m_Value(Y)))) {
1091       APInt KnownZero3(BitWidth, 0), KnownOne3(BitWidth, 0);
1092       computeKnownBits(Y, KnownZero3, KnownOne3, DL, Depth + 1, Q);
1093       if (KnownOne3.countTrailingOnes() > 0)
1094         KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, 1);
1095     }
1096     break;
1097   }
1098   case Instruction::Or: {
1099     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1100     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1101
1102     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
1103     KnownZero &= KnownZero2;
1104     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
1105     KnownOne |= KnownOne2;
1106     break;
1107   }
1108   case Instruction::Xor: {
1109     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1110     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1111
1112     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
1113     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
1114     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
1115     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
1116     KnownZero = KnownZeroOut;
1117     break;
1118   }
1119   case Instruction::Mul: {
1120     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1121     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
1122                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1123     break;
1124   }
1125   case Instruction::UDiv: {
1126     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1127     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1128     // be less than the denominator.
1129     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1130     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
1131
1132     KnownOne2.clearAllBits();
1133     KnownZero2.clearAllBits();
1134     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1135     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
1136     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
1137       LeadZ = std::min(BitWidth,
1138                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
1139
1140     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
1141     break;
1142   }
1143   case Instruction::Select:
1144     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1145     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1146
1147     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1148     KnownOne &= KnownOne2;
1149     KnownZero &= KnownZero2;
1150     break;
1151   case Instruction::FPTrunc:
1152   case Instruction::FPExt:
1153   case Instruction::FPToUI:
1154   case Instruction::FPToSI:
1155   case Instruction::SIToFP:
1156   case Instruction::UIToFP:
1157     break; // Can't work with floating point.
1158   case Instruction::PtrToInt:
1159   case Instruction::IntToPtr:
1160   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
1161     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
1162   case Instruction::ZExt:
1163   case Instruction::Trunc: {
1164     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1165
1166     unsigned SrcBitWidth;
1167     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1168     // which fall through here.
1169     SrcBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1170
1171     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1172     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1173     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1174     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1175     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1176     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1177     // Any top bits are known to be zero.
1178     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1179       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1180     break;
1181   }
1182   case Instruction::BitCast: {
1183     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1184     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy() ||
1185          SrcTy->isFloatingPointTy()) &&
1186         // TODO: For now, not handling conversions like:
1187         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1188         !I->getType()->isVectorTy()) {
1189       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1190       break;
1191     }
1192     break;
1193   }
1194   case Instruction::SExt: {
1195     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1196     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1197
1198     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1199     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1200     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1201     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
1202     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
1203
1204     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1205     // top bits of the result.
1206     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1207       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1208     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1209       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1210     break;
1211   }
1212   case Instruction::Shl: {
1213     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1214     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1215       return (KnownZero << ShiftAmt) |
1216              APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // Low bits known 0.
1217     };
1218
1219     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1220       return KnownOne << ShiftAmt;
1221     };
1222
1223     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1224                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1225                                       KZF, KOF);
1226     break;
1227   }
1228   case Instruction::LShr: {
1229     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1230     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1231       return APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt) |
1232              // High bits known zero.
1233              APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1234     };
1235
1236     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1237       return APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1238     };
1239
1240     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1241                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1242                                       KZF, KOF);
1243     break;
1244   }
1245   case Instruction::AShr: {
1246     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1247     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1248       return APIntOps::ashr(KnownZero, ShiftAmt);
1249     };
1250
1251     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1252       return APIntOps::ashr(KnownOne, ShiftAmt);
1253     };
1254
1255     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1256                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1257                                       KZF, KOF);
1258     break;
1259   }
1260   case Instruction::Sub: {
1261     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1262     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1263                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1264                            Depth, Q);
1265     break;
1266   }
1267   case Instruction::Add: {
1268     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1269     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1270                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1271                            Depth, Q);
1272     break;
1273   }
1274   case Instruction::SRem:
1275     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1276       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1277       if (RA.isPowerOf2()) {
1278         APInt LowBits = RA - 1;
1279         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1,
1280                          Q);
1281
1282         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1283         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1284         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1285
1286         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1287         // the upper bits are all zero.
1288         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1289           KnownZero |= ~LowBits;
1290
1291         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1292         // the upper bits are all one.
1293         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1294           KnownOne |= ~LowBits;
1295
1296         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1297       }
1298     }
1299
1300     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1301     // remainder is zero.
1302     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1303       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1304       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL,
1305                        Depth + 1, Q);
1306       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1307       if (LHSKnownZero.isNegative())
1308         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1309     }
1310
1311     break;
1312   case Instruction::URem: {
1313     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1314       APInt RA = Rem->getValue();
1315       if (RA.isPowerOf2()) {
1316         APInt LowBits = (RA - 1);
1317         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
1318                          Q);
1319         KnownZero |= ~LowBits;
1320         KnownOne &= LowBits;
1321         break;
1322       }
1323     }
1324
1325     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1326     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1327     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1328     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1329
1330     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1331                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1332     KnownOne.clearAllBits();
1333     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1334     break;
1335   }
1336
1337   case Instruction::Alloca: {
1338     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1339     unsigned Align = AI->getAlignment();
1340     if (Align == 0)
1341       Align = DL.getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1342
1343     if (Align > 0)
1344       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1345     break;
1346   }
1347   case Instruction::GetElementPtr: {
1348     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1349     // to determine if we can prove known low zero bits.
1350     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1351     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL,
1352                      Depth + 1, Q);
1353     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1354
1355     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1356     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1357       Value *Index = I->getOperand(i);
1358       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1359         // Handle struct member offset arithmetic.
1360
1361         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1362         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1363         if (CIndex->isZeroValue())
1364           continue;
1365
1366         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1367           Index = CIndex->getSplatValue();
1368
1369         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1370         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1371         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1372         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1373                                     countTrailingZeros(Offset));
1374       } else {
1375         // Handle array index arithmetic.
1376         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1377         if (!IndexedTy->isSized()) {
1378           TrailZ = 0;
1379           break;
1380         }
1381         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1382         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1383         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1384         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL, Depth + 1,
1385                          Q);
1386         TrailZ = std::min(TrailZ,
1387                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1388                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1389       }
1390     }
1391
1392     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1393     break;
1394   }
1395   case Instruction::PHI: {
1396     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1397     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1398     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1399     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1400     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1401       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1402         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1403         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1404         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1405         if (!LU)
1406           continue;
1407         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1408         // Check for operations that have the property that if
1409         // both their operands have low zero bits, the result
1410         // will have low zero bits.
1411         if (Opcode == Instruction::Add ||
1412             Opcode == Instruction::Sub ||
1413             Opcode == Instruction::And ||
1414             Opcode == Instruction::Or ||
1415             Opcode == Instruction::Mul) {
1416           Value *LL = LU->getOperand(0);
1417           Value *LR = LU->getOperand(1);
1418           // Find a recurrence.
1419           if (LL == I)
1420             L = LR;
1421           else if (LR == I)
1422             L = LL;
1423           else
1424             break;
1425           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1426           // zero bits.
1427           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1428
1429           // We need to take the minimum number of known bits
1430           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1431           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, DL, Depth + 1, Q);
1432
1433           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1434                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1435                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1436           break;
1437         }
1438       }
1439     }
1440
1441     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1442     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1443       break;
1444
1445     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1446     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1447     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1448       // Skip if every incoming value references to ourself.
1449       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1450         break;
1451
1452       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1453       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1454       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1455         // Skip direct self references.
1456         if (IncValue == P) continue;
1457
1458         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1459         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1460         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1461         // want to waste time spinning around in loops.
1462         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1463                          MaxDepth - 1, Q);
1464         KnownZero &= KnownZero2;
1465         KnownOne &= KnownOne2;
1466         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1467         // more operands.
1468         if (!KnownZero && !KnownOne)
1469           break;
1470       }
1471     }
1472     break;
1473   }
1474   case Instruction::Call:
1475   case Instruction::Invoke:
1476     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1477       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero, KnownOne);
1478     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1479     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1480     // the intrinsic.
1481     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1482       switch (II->getIntrinsicID()) {
1483       default: break;
1484       case Intrinsic::bswap:
1485         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1486                          Depth + 1, Q);
1487         KnownZero |= KnownZero2.byteSwap();
1488         KnownOne |= KnownOne2.byteSwap();
1489         break;
1490       case Intrinsic::ctlz:
1491       case Intrinsic::cttz: {
1492         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1493         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1494         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1495           LowBits -= 1;
1496         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1497         break;
1498       }
1499       case Intrinsic::ctpop: {
1500         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1501                          Depth + 1, Q);
1502         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1503         // can't contribute to the population.
1504         unsigned BitsPossiblySet = BitWidth - KnownZero2.countPopulation();
1505         unsigned LeadingZeros =
1506           APInt(BitWidth, BitsPossiblySet).countLeadingZeros();
1507         assert(LeadingZeros <= BitWidth);
1508         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadingZeros);
1509         KnownOne &= ~KnownZero;
1510         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1511         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1512         break;
1513       }
1514       case Intrinsic::fabs: {
1515         Type *Ty = II->getType();
1516         APInt SignBit = APInt::getSignBit(Ty->getScalarSizeInBits());
1517         KnownZero |= APInt::getSplat(Ty->getPrimitiveSizeInBits(), SignBit);
1518         break;
1519       }
1520       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1521         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1522         break;
1523       }
1524     }
1525     break;
1526   case Instruction::ExtractValue:
1527     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1528       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1529       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1530       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1531         switch (II->getIntrinsicID()) {
1532         default: break;
1533         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1534         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1535           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1536                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1537                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1538           break;
1539         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1540         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1541           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1542                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1543                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1544           break;
1545         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1546         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1547           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1548                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1549                               Depth, Q);
1550           break;
1551         }
1552       }
1553     }
1554   }
1555 }
1556
1557 static unsigned getAlignment(const Value *V, const DataLayout &DL) {
1558   unsigned Align = 0;
1559   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
1560     Align = GO->getAlignment();
1561     if (Align == 0) {
1562       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
1563         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
1564         if (ObjectType->isSized()) {
1565           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
1566           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
1567           // may only have the minimum ABI alignment.
1568           if (GVar->isStrongDefinitionForLinker())
1569             Align = DL.getPreferredAlignment(GVar);
1570           else
1571             Align = DL.getABITypeAlignment(ObjectType);
1572         }
1573       }
1574     }
1575   } else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
1576     Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
1577
1578     if (!Align && A->hasStructRetAttr()) {
1579       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
1580       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
1581       if (EltTy->isSized())
1582         Align = DL.getABITypeAlignment(EltTy);
1583     }
1584   } else if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
1585     Align = AI->getAlignment();
1586   else if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
1587     Align = CS.getAttributes().getParamAlignment(AttributeSet::ReturnIndex);
1588   else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
1589     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_align)) {
1590       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
1591       Align = CI->getLimitedValue();
1592     }
1593
1594   return Align;
1595 }
1596
1597 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1598 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1599 ///
1600 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1601 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1602 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1603 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1604 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1605 /// this won't lose us code quality.
1606 ///
1607 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1608 /// type, and vectors of integers.  In the case
1609 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1610 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1611 /// for all of the elements in the vector.
1612 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1613                       const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1614   assert(V && "No Value?");
1615   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1616   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1617
1618   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1619           V->getType()->isFPOrFPVectorTy() ||
1620           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1621          "Not integer, floating point, or pointer type!");
1622   assert((DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1623          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1624           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1625          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1626          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1627          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1628
1629   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1630     // We know all of the bits for a constant!
1631     KnownOne = CI->getValue();
1632     KnownZero = ~KnownOne;
1633     return;
1634   }
1635   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1636   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
1637       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1638     KnownOne.clearAllBits();
1639     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1640     return;
1641   }
1642   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1643   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
1644   // we don't handle undef in any particularly useful way.
1645   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1646     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1647     // each element.
1648     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1649     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1650     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1651       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1652       KnownZero &= ~Elt;
1653       KnownOne &= Elt;
1654     }
1655     return;
1656   }
1657
1658   // Start out not knowing anything.
1659   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1660
1661   // Limit search depth.
1662   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1663   if (Depth == MaxDepth)
1664     return;
1665
1666   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1667   // the bits of its aliasee.
1668   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1669     if (!GA->mayBeOverridden())
1670       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1671     return;
1672   }
1673
1674   if (Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1675     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1676
1677   // Aligned pointers have trailing zeros - refine KnownZero set
1678   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1679     unsigned Align = getAlignment(V, DL);
1680     if (Align)
1681       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1682   }
1683
1684   // computeKnownBitsFromAssume and computeKnownBitsFromDominatingCondition
1685   // strictly refines KnownZero and KnownOne. Therefore, we run them after
1686   // computeKnownBitsFromOperator.
1687
1688   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1689   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1690
1691   // Check whether there's a dominating condition which implies something about
1692   // this value at the given context.
1693   if (EnableDomConditions && Depth <= DomConditionsMaxDepth)
1694     computeKnownBitsFromDominatingCondition(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
1695                                             Q);
1696
1697   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1698 }
1699
1700 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1701 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1702 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1703                     const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1704   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), DL);
1705   if (!BitWidth) {
1706     KnownZero = false;
1707     KnownOne = false;
1708     return;
1709   }
1710   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1711   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1712   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, DL, Depth, Q);
1713   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1714   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1715 }
1716
1717 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1718 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1719 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1720 /// types and vectors of integers.
1721 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1722                             const Query &Q, const DataLayout &DL) {
1723   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1724     if (C->isNullValue())
1725       return OrZero;
1726     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1727       return CI->getValue().isPowerOf2();
1728     // TODO: Handle vector constants.
1729   }
1730
1731   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1732   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1733   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1734     return true;
1735
1736   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1737   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1738   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1739     return true;
1740
1741   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1742   if (Depth++ == MaxDepth)
1743     return false;
1744
1745   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1746   // A shift left or a logical shift right of a power of two is a power of two
1747   // or zero.
1748   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1749                  match(V, m_LShr(m_Value(X), m_Value()))))
1750     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL);
1751
1752   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1753     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q, DL);
1754
1755   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1756     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q, DL) &&
1757            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q, DL);
1758
1759   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1760     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1761     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL) ||
1762         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL))
1763       return true;
1764     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1765     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1766       return true;
1767     return false;
1768   }
1769
1770   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1771   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1772   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1773     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1774     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1775       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1776           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1777         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q, DL))
1778           return true;
1779       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1780           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1781         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q, DL))
1782           return true;
1783
1784       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1785       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1786       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, DL, Depth, Q);
1787
1788       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1789       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, DL, Depth, Q);
1790       // If i8 V is a power of two or zero:
1791       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1792       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1793       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1794         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1795         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1796         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1797           return true;
1798     }
1799   }
1800
1801   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1802   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1803   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1804   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1805       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1806     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1807                                   Depth, Q, DL);
1808   }
1809
1810   return false;
1811 }
1812
1813 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1814 ///
1815 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1816 /// to be non-null.
1817 ///
1818 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1819 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout &DL,
1820                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1821   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1822     return false;
1823
1824   // FIXME: Support vector-GEPs.
1825   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1826
1827   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1828   // inbounds GEP in address space zero.
1829   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1830     return true;
1831
1832   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1833   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1834   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1835   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1836        GTI != GTE; ++GTI) {
1837     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1838     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1839       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1840       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1841       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1842       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1843       if (ElementOffset > 0)
1844         return true;
1845       continue;
1846     }
1847
1848     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1849     if (DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1850       continue;
1851
1852     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1853     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1854     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1855       if (!OpC->isZero())
1856         return true;
1857       continue;
1858     }
1859
1860     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1861     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1862     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1863     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1864     // of depth.
1865     if (Depth++ >= MaxDepth)
1866       continue;
1867
1868     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1869       return true;
1870   }
1871
1872   return false;
1873 }
1874
1875 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1876 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1877 /// is the type of the value described by the range.
1878 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1879                                        const APInt& Value) {
1880   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1881   assert(NumRanges >= 1);
1882   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1883     ConstantInt *Lower =
1884         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1885     ConstantInt *Upper =
1886         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1887     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1888     if (Range.contains(Value))
1889       return false;
1890   }
1891   return true;
1892 }
1893
1894 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1895 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1896 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1897 /// integers.
1898 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
1899                     const Query &Q) {
1900   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1901     if (C->isNullValue())
1902       return false;
1903     if (isa<ConstantInt>(C))
1904       // Must be non-zero due to null test above.
1905       return true;
1906     // TODO: Handle vectors
1907     return false;
1908   }
1909
1910   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1911     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1912       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1913       // definitely non-zero.
1914       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1915         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1916         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1917           return true;
1918       }
1919     }
1920   }
1921
1922   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1923   if (Depth++ >= MaxDepth)
1924     return false;
1925
1926   // Check for pointer simplifications.
1927   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1928     if (isKnownNonNull(V))
1929       return true; 
1930     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1931       if (isGEPKnownNonNull(GEP, DL, Depth, Q))
1932         return true;
1933   }
1934
1935   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), DL);
1936
1937   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1938   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1939   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1940     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q);
1941
1942   // ext X != 0 if X != 0.
1943   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1944     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), DL, Depth, Q);
1945
1946   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1947   // if the lowest bit is shifted off the end.
1948   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1949     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1950     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1951     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1952       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1953
1954     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1955     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1956     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1957     if (KnownOne[0])
1958       return true;
1959   }
1960   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1961   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1962   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1963     // shr exact can only shift out zero bits.
1964     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1965     if (BO->isExact())
1966       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1967
1968     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1969     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1970     if (XKnownNegative)
1971       return true;
1972
1973     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1974     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1975     // non-zero bit must remain.
1976     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1977       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1978       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1979       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1980       
1981       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1982       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1983       if (KnownOne.countLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1984         return true;
1985       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1986       if (KnownZero.countTrailingOnes() >= ShiftVal)
1987         return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1988     }
1989   }
1990   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1991   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1992     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1993   }
1994   // X + Y.
1995   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1996     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1997     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1998     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1999     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, DL, Depth, Q);
2000
2001     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
2002     // zero unless both X and Y are zero.
2003     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
2004       if (isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
2005         return true;
2006
2007     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
2008     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
2009     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
2010       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2011       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2012       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
2013       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
2014       // to INT_MIN.
2015       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2016       if ((KnownOne & Mask) != 0)
2017         return true;
2018       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
2019       // to INT_MIN.
2020       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2021       if ((KnownOne & Mask) != 0)
2022         return true;
2023     }
2024
2025     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
2026     if (XKnownNonNegative &&
2027         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2028       return true;
2029     if (YKnownNonNegative &&
2030         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2031       return true;
2032   }
2033   // X * Y.
2034   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2035     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2036     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
2037     // does not overflow.
2038     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
2039         isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
2040       return true;
2041   }
2042   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
2043   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2044     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), DL, Depth, Q) &&
2045         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), DL, Depth, Q))
2046       return true;
2047   }
2048   // PHI
2049   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2050     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
2051     // starting value, as these are common as induction variables.
2052     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
2053       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
2054       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
2055       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
2056         std::swap(Start, Induction);
2057       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
2058         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
2059           ConstantInt *X;
2060           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
2061                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
2062               !X->isNegative())
2063             return true;
2064         }
2065       }
2066     }
2067   }
2068
2069   if (!BitWidth) return false;
2070   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2071   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2072   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2073   return KnownOne != 0;
2074 }
2075
2076 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2077 static bool isAddOfNonZero(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2078                            const Query &Q) {
2079   BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2080   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2081     return false;
2082   Value *Op = nullptr;
2083   if (V2 == BO->getOperand(0))
2084     Op = BO->getOperand(1);
2085   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2086     Op = BO->getOperand(0);
2087   else
2088     return false;
2089   return isKnownNonZero(Op, DL, 0, Q);
2090 }
2091
2092 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2093 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2094                             const Query &Q) {
2095   if (V1->getType()->isVectorTy() || V1 == V2)
2096     return false;
2097   if (V1->getType() != V2->getType())
2098     // We can't look through casts yet.
2099     return false;
2100   if (isAddOfNonZero(V1, V2, DL, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, DL, Q))
2101     return true;
2102
2103   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V1->getType())) {
2104     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2105     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2106     auto BitWidth = Ty->getBitWidth();
2107     APInt KnownZero1(BitWidth, 0);
2108     APInt KnownOne1(BitWidth, 0);
2109     computeKnownBits(V1, KnownZero1, KnownOne1, DL, 0, Q);
2110     APInt KnownZero2(BitWidth, 0);
2111     APInt KnownOne2(BitWidth, 0);
2112     computeKnownBits(V2, KnownZero2, KnownOne2, DL, 0, Q);
2113
2114     auto OppositeBits = (KnownZero1 & KnownOne2) | (KnownZero2 & KnownOne1);
2115     if (OppositeBits.getBoolValue())
2116       return true;
2117   }
2118   return false;
2119 }
2120
2121 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2122 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2123 /// cannot have.
2124 ///
2125 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2126 /// type, and vectors of integers.  In the case
2127 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2128 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2129 /// for all of the elements in the vector.
2130 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
2131                        unsigned Depth, const Query &Q) {
2132   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
2133   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2134   return (KnownZero & Mask) == Mask;
2135 }
2136
2137
2138
2139 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2140 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2141 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2142 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2143 /// other, so we return 3.
2144 ///
2145 /// 'Op' must have a scalar integer type.
2146 ///
2147 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
2148                             const Query &Q) {
2149   unsigned TyBits = DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2150   unsigned Tmp, Tmp2;
2151   unsigned FirstAnswer = 1;
2152
2153   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2154   // below.
2155
2156   if (Depth == 6)
2157     return 1;  // Limit search depth.
2158
2159   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2160   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2161   default: break;
2162   case Instruction::SExt:
2163     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2164     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q) + Tmp;
2165
2166   case Instruction::SDiv: {
2167     const APInt *Denominator;
2168     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2169     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2170
2171       // Ignore non-positive denominator.
2172       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2173         break;
2174
2175       // Calculate the incoming numerator bits.
2176       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2177
2178       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2179       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2180     }
2181     break;
2182   }
2183
2184   case Instruction::SRem: {
2185     const APInt *Denominator;
2186     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2187     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2188     // bits.
2189     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2190
2191       // Ignore non-positive denominator.
2192       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2193         break;
2194
2195       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2196       // can't lower the number of sign bits.
2197       unsigned NumrBits =
2198           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2199
2200       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2201       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2202       // cases:
2203       //
2204       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2205       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2206       //
2207       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2208       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2209       //
2210       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2211       // ceilLogBase2(C)`.
2212
2213       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2214       return std::max(NumrBits, ResBits);
2215     }
2216     break;
2217   }
2218
2219   case Instruction::AShr: {
2220     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2221     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2222     const APInt *ShAmt;
2223     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2224       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
2225       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2226     }
2227     return Tmp;
2228   }
2229   case Instruction::Shl: {
2230     const APInt *ShAmt;
2231     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2232       // shl destroys sign bits.
2233       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2234       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2235       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2236           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2237       return Tmp - Tmp2;
2238     }
2239     break;
2240   }
2241   case Instruction::And:
2242   case Instruction::Or:
2243   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2244     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2245     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2246     if (Tmp != 1) {
2247       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2248       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2249       // We computed what we know about the sign bits as our first
2250       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2251       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2252     }
2253     break;
2254
2255   case Instruction::Select:
2256     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2257     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2258     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), DL, Depth + 1, Q);
2259     return std::min(Tmp, Tmp2);
2260
2261   case Instruction::Add:
2262     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2263     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2264     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2265     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2266
2267     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2268     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2269       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2270         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2271         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2272                          Q);
2273
2274         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2275         // sign bits set.
2276         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2277           return TyBits;
2278
2279         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2280         // out of the result.
2281         if (KnownZero.isNegative())
2282           return Tmp;
2283       }
2284
2285     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2286     if (Tmp2 == 1) return 1;
2287     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2288
2289   case Instruction::Sub:
2290     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2291     if (Tmp2 == 1) return 1;
2292
2293     // Handle NEG.
2294     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2295       if (CLHS->isNullValue()) {
2296         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2297         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2298                          Q);
2299         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2300         // sign bits set.
2301         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2302           return TyBits;
2303
2304         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2305         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2306         if (KnownZero.isNegative())
2307           return Tmp2;
2308
2309         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2310       }
2311
2312     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2313     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2314     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2315     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2316     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2317
2318   case Instruction::PHI: {
2319     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2320     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2321     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2322     if (NumIncomingValues > 4) break;
2323     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2324     if (NumIncomingValues == 0) break;
2325
2326     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2327     // because of our depth threshold.
2328     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), DL, Depth + 1, Q);
2329     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2330       if (Tmp == 1) return Tmp;
2331       Tmp = std::min(
2332           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), DL, Depth + 1, Q));
2333     }
2334     return Tmp;
2335   }
2336
2337   case Instruction::Trunc:
2338     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2339     // case for targets like X86.
2340     break;
2341   }
2342
2343   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2344   // use this information.
2345   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2346   APInt Mask;
2347   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2348
2349   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
2350     Mask = KnownZero;
2351   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
2352     Mask = KnownOne;
2353   } else {
2354     // Nothing known.
2355     return FirstAnswer;
2356   }
2357
2358   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
2359   // the number of identical bits in the top of the input value.
2360   Mask = ~Mask;
2361   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
2362   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
2363   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
2364   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
2365 }
2366
2367 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2368 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2369 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2370 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2371 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2372                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2373   const unsigned MaxDepth = 6;
2374
2375   assert(V && "No Value?");
2376   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2377   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2378
2379   Type *T = V->getType();
2380
2381   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2382
2383   if (Base == 0)
2384     return false;
2385
2386   if (Base == 1) {
2387     Multiple = V;
2388     return true;
2389   }
2390
2391   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2392   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2393   if (CO && CO == BaseVal) {
2394     // Multiple is 1.
2395     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2396     return true;
2397   }
2398
2399   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2400     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2401     return true;
2402   }
2403
2404   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2405
2406   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2407   if (!I) return false;
2408
2409   switch (I->getOpcode()) {
2410   default: break;
2411   case Instruction::SExt:
2412     if (!LookThroughSExt) return false;
2413     // otherwise fall through to ZExt
2414   case Instruction::ZExt:
2415     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2416                            LookThroughSExt, Depth+1);
2417   case Instruction::Shl:
2418   case Instruction::Mul: {
2419     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2420     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2421
2422     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2423       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2424       if (!Op1CI) return false;
2425       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2426       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2427       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2428       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2429       API.setBit(BitToSet);
2430       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2431     }
2432
2433     Value *Mul0 = nullptr;
2434     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2435       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2436         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2437           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2438               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2439             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2440           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2441               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2442             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2443
2444           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2445           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2446           return true;
2447         }
2448
2449       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2450         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2451           // V == Base * Op1, so return Op1
2452           Multiple = Op1;
2453           return true;
2454         }
2455     }
2456
2457     Value *Mul1 = nullptr;
2458     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2459       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2460         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2461           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2462               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2463             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2464           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2465               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2466             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2467
2468           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2469           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2470           return true;
2471         }
2472
2473       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2474         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2475           // V == Base * Op0, so return Op0
2476           Multiple = Op0;
2477           return true;
2478         }
2479     }
2480   }
2481   }
2482
2483   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2484   return false;
2485 }
2486
2487 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2488 /// -0.0.
2489 ///
2490 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2491 /// rounding modes!
2492 ///
2493 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2494   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2495     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2496
2497   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2498   // used similarly in CannotBeOrderedLessThanZero(). A better fix may be to
2499   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2500   if (Depth == 6)
2501     return false;  // Limit search depth.
2502
2503   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2504   if (!I) return false;
2505
2506   // Check if the nsz fast-math flag is set
2507   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2508     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2509       return true;
2510
2511   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2512   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2513     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2514       if (CFP->isNullValue())
2515         return true;
2516
2517   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2518   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2519     return true;
2520
2521   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2522     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2523     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2524       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2525
2526   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2527     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2528       if (F->isDeclaration()) {
2529         // abs(x) != -0.0
2530         if (F->getName() == "abs") return true;
2531         // fabs[lf](x) != -0.0
2532         if (F->getName() == "fabs") return true;
2533         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2534         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2535         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2536             F->getName() == "sqrtl")
2537           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2538       }
2539     }
2540
2541   return false;
2542 }
2543
2544 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2545   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2546     return !CFP->getValueAPF().isNegative() || CFP->getValueAPF().isZero();
2547
2548   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2549   // used similarly in CannotBeNegativeZero(). A better fix may be to
2550   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2551   if (Depth == 6)
2552     return false;  // Limit search depth.
2553
2554   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2555   if (!I) return false;
2556
2557   switch (I->getOpcode()) {
2558   default: break;
2559   case Instruction::FMul:
2560     // x*x is always non-negative or a NaN.
2561     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1)) 
2562       return true;
2563     // Fall through
2564   case Instruction::FAdd:
2565   case Instruction::FDiv:
2566   case Instruction::FRem:
2567     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1) &&
2568            CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(1), Depth+1);
2569   case Instruction::FPExt:
2570   case Instruction::FPTrunc:
2571     // Widening/narrowing never change sign.
2572     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2573   case Instruction::Call: 
2574     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) 
2575       switch (II->getIntrinsicID()) {
2576       default: break;
2577       case Intrinsic::exp:
2578       case Intrinsic::exp2:
2579       case Intrinsic::fabs:
2580       case Intrinsic::sqrt:
2581         return true;
2582       case Intrinsic::powi: 
2583         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2584           // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2585           if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2586             return true;
2587         }
2588         return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2589       case Intrinsic::fma:
2590       case Intrinsic::fmuladd:
2591         // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2592         return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) && 
2593                CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(2), Depth+1);
2594       }
2595     break;
2596   }
2597   return false; 
2598 }
2599
2600 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2601 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2602 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2603 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2604 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2605 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2606   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2607   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2608
2609   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2610   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2611     if (C->isNullValue())
2612       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2613
2614   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2615   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2616   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2617     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2618       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2619     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2620       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2621     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2622   }
2623
2624   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2625   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2626     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2627       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2628
2629       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2630         return nullptr;
2631       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2632     }
2633   }
2634
2635   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2636   // also splatable.
2637   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2638     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2639     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2640     if (!Val)
2641       return nullptr;
2642
2643     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2644       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2645         return nullptr;
2646
2647     return Val;
2648   }
2649
2650   // Conceptually, we could handle things like:
2651   //   %a = zext i8 %X to i16
2652   //   %b = shl i16 %a, 8
2653   //   %c = or i16 %a, %b
2654   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2655   // worth worrying about.
2656   return nullptr;
2657 }
2658
2659
2660 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2661 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2662 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2663 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2664 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2665 // build on that.
2666 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2667                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2668                                 unsigned IdxSkip,
2669                                 Instruction *InsertBefore) {
2670   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2671   if (STy) {
2672     // Save the original To argument so we can modify it
2673     Value *OrigTo = To;
2674     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2675     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2676       // Process each struct element recursively
2677       Idxs.push_back(i);
2678       Value *PrevTo = To;
2679       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2680                              InsertBefore);
2681       Idxs.pop_back();
2682       if (!To) {
2683         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2684         while (PrevTo != OrigTo) {
2685           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2686           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2687           Del->eraseFromParent();
2688         }
2689         // Stop processing elements
2690         break;
2691       }
2692     }
2693     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2694     if (To)
2695       return To;
2696   }
2697   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2698   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2699   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2700   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2701
2702   // Find the value that is at that particular spot
2703   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2704
2705   if (!V)
2706     return nullptr;
2707
2708   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2709   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2710                                        "tmp", InsertBefore);
2711 }
2712
2713 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2714 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2715 // { a, { b, { c, d }, e } }
2716 // and the indices "1, 1" this returns
2717 // { c, d }.
2718 //
2719 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2720 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2721 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2722 // insertvalue instruction somewhere).
2723 //
2724 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2725 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2726                                 Instruction *InsertBefore) {
2727   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2728   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2729                                                              idx_range);
2730   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2731   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2732   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2733
2734   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2735 }
2736
2737 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2738 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2739 /// were inserted directly into the aggregrate.
2740 ///
2741 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2742 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2743 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2744                                Instruction *InsertBefore) {
2745   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2746   // recursion).
2747   if (idx_range.empty())
2748     return V;
2749   // We have indices, so V should have an indexable type.
2750   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2751          "Not looking at a struct or array?");
2752   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2753          "Invalid indices for type?");
2754
2755   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2756     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2757     if (!C) return nullptr;
2758     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2759   }
2760
2761   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2762     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2763     // requested indices
2764     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2765     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2766          i != e; ++i, ++req_idx) {
2767       if (req_idx == idx_range.end()) {
2768         // We can't handle this without inserting insertvalues
2769         if (!InsertBefore)
2770           return nullptr;
2771
2772         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2773         // this specially. For example,
2774         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2775         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2776         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2777         // This can be changed into
2778         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2779         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2780         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2781         // removed.
2782         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2783                                  InsertBefore);
2784       }
2785
2786       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2787       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2788       // looking for, then.
2789       if (*req_idx != *i)
2790         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2791                                  InsertBefore);
2792     }
2793     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2794     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2795     // the inserted value, passing any remaining indices.
2796     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2797                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2798                              InsertBefore);
2799   }
2800
2801   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2802     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2803     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2804     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2805
2806     // Calculate the number of indices required
2807     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2808     // Allocate some space to put the new indices in
2809     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2810     Idxs.reserve(size);
2811     // Add indices from the extract value instruction
2812     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2813
2814     // Add requested indices
2815     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2816
2817     assert(Idxs.size() == size
2818            && "Number of indices added not correct?");
2819
2820     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2821   }
2822   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2823   // or load instruction)
2824   return nullptr;
2825 }
2826
2827 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2828 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2829 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2830                                               const DataLayout &DL) {
2831   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2832   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2833
2834   // We walk up the defs but use a visited set to handle unreachable code. In
2835   // that case, we stop after accumulating the cycle once (not that it
2836   // matters).
2837   SmallPtrSet<Value *, 16> Visited;
2838   while (Visited.insert(Ptr).second) {
2839     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2840       break;
2841
2842     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2843       APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2844       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2845         break;
2846
2847       ByteOffset += GEPOffset;
2848
2849       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2850     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2851                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2852       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2853     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2854       if (GA->mayBeOverridden())
2855         break;
2856       Ptr = GA->getAliasee();
2857     } else {
2858       break;
2859     }
2860   }
2861   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2862   return Ptr;
2863 }
2864
2865
2866 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2867 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2868 /// If unsuccessful, it returns false.
2869 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2870                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2871   assert(V);
2872
2873   // Look through bitcast instructions and geps.
2874   V = V->stripPointerCasts();
2875
2876   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2877   // offset.
2878   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2879     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2880     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2881       return false;
2882
2883     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2884     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2885     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2886     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2887       return false;
2888
2889     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2890     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2891     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2892     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2893       return false;
2894
2895     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2896     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2897     // the string.
2898     uint64_t StartIdx = 0;
2899     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2900       StartIdx = CI->getZExtValue();
2901     else
2902       return false;
2903     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
2904                                  TrimAtNul);
2905   }
2906
2907   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2908   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2909   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2910   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2911   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2912     return false;
2913
2914   // Handle the all-zeros case
2915   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2916     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2917     // length of the string must be zero.
2918     Str = "";
2919     return true;
2920   }
2921
2922   // Must be a Constant Array
2923   const ConstantDataArray *Array =
2924     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2925   if (!Array || !Array->isString())
2926     return false;
2927
2928   // Get the number of elements in the array
2929   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2930
2931   // Start out with the entire array in the StringRef.
2932   Str = Array->getAsString();
2933
2934   if (Offset > NumElts)
2935     return false;
2936
2937   // Skip over 'offset' bytes.
2938   Str = Str.substr(Offset);
2939
2940   if (TrimAtNul) {
2941     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2942     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2943     // some other way that the string is length-bound.
2944     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2945   }
2946   return true;
2947 }
2948
2949 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2950 // nodes.
2951 // TODO: See if we can integrate these two together.
2952
2953 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2954 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2955 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2956   // Look through noop bitcast instructions.
2957   V = V->stripPointerCasts();
2958
2959   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2960   // or we haven't.
2961   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2962     if (!PHIs.insert(PN).second)
2963       return ~0ULL;  // already in the set.
2964
2965     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2966     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2967     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2968       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
2969       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2970
2971       if (Len == ~0ULL) continue;
2972
2973       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2974         return 0;    // Disagree -> unknown.
2975       LenSoFar = Len;
2976     }
2977
2978     // Success, all agree.
2979     return LenSoFar;
2980   }
2981
2982   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2983   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2984     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2985     if (Len1 == 0) return 0;
2986     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2987     if (Len2 == 0) return 0;
2988     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2989     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2990     if (Len1 != Len2) return 0;
2991     return Len1;
2992   }
2993
2994   // Otherwise, see if we can read the string.
2995   StringRef StrData;
2996   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2997     return 0;
2998
2999   return StrData.size()+1;
3000 }
3001
3002 /// If we can compute the length of the string pointed to by
3003 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
3004 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
3005   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
3006
3007   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
3008   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
3009   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
3010   // an empty string as a length.
3011   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
3012 }
3013
3014 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
3015 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
3016 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(PHINode *PN, LoopInfo *LI) {
3017   // Find the loop-defined value.
3018   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
3019   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
3020     return true;
3021
3022   // Find the value from previous iteration.
3023   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
3024   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3025     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
3026   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
3027     return true;
3028
3029   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3030   // object in every iteration.  E.g.:
3031   //    for (i)
3032   //       int *p = a[i];
3033   //       ...
3034   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3035     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3036       return false;
3037   return true;
3038 }
3039
3040 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3041                                  unsigned MaxLookup) {
3042   if (!V->getType()->isPointerTy())
3043     return V;
3044   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3045     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3046       V = GEP->getPointerOperand();
3047     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3048                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3049       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3050     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3051       if (GA->mayBeOverridden())
3052         return V;
3053       V = GA->getAliasee();
3054     } else {
3055       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3056       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3057         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3058         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
3059           V = Simplified;
3060           continue;
3061         }
3062
3063       return V;
3064     }
3065     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3066   }
3067   return V;
3068 }
3069
3070 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3071                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3072                                 unsigned MaxLookup) {
3073   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3074   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3075   Worklist.push_back(V);
3076   do {
3077     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3078     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3079
3080     if (!Visited.insert(P).second)
3081       continue;
3082
3083     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3084       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3085       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3086       continue;
3087     }
3088
3089     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3090       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3091       // loop, don't look through it.  Consider:
3092       //   int **A;
3093       //   for (i) {
3094       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3095       //     Curr = A[i];
3096       //     *Prev, *Curr;
3097       //
3098       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3099       // underlying objects.
3100       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3101           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3102         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3103           Worklist.push_back(IncValue);
3104       continue;
3105     }
3106
3107     Objects.push_back(P);
3108   } while (!Worklist.empty());
3109 }
3110
3111 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3112 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3113   for (const User *U : V->users()) {
3114     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3115     if (!II) return false;
3116
3117     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3118         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3119       return false;
3120   }
3121   return true;
3122 }
3123
3124 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *BV, APInt Offset,
3125                                            Type *Ty, const DataLayout &DL,
3126                                            const Instruction *CtxI,
3127                                            const DominatorTree *DT,
3128                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3129   assert(Offset.isNonNegative() && "offset can't be negative");
3130   assert(Ty->isSized() && "must be sized");
3131   
3132   APInt DerefBytes(Offset.getBitWidth(), 0);
3133   bool CheckForNonNull = false;
3134   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(BV)) {
3135     DerefBytes = A->getDereferenceableBytes();
3136     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3137       DerefBytes = A->getDereferenceableOrNullBytes();
3138       CheckForNonNull = true;
3139     }
3140   } else if (auto CS = ImmutableCallSite(BV)) {
3141     DerefBytes = CS.getDereferenceableBytes(0);
3142     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3143       DerefBytes = CS.getDereferenceableOrNullBytes(0);
3144       CheckForNonNull = true;
3145     }
3146   } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BV)) {
3147     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable)) {
3148       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3149       DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3150     }
3151     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3152       if (MDNode *MD = 
3153               LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null)) {
3154         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3155         DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3156       }
3157       CheckForNonNull = true;
3158     }
3159   }
3160   
3161   if (DerefBytes.getBoolValue())
3162     if (DerefBytes.uge(Offset + DL.getTypeStoreSize(Ty)))
3163       if (!CheckForNonNull || isKnownNonNullAt(BV, CtxI, DT, TLI))
3164         return true;
3165
3166   return false;
3167 }
3168
3169 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *V, const DataLayout &DL,
3170                                            const Instruction *CtxI,
3171                                            const DominatorTree *DT,
3172                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3173   Type *VTy = V->getType();
3174   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3175   if (!Ty->isSized())
3176     return false;
3177   
3178   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3179   return isDereferenceableFromAttribute(V, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI);
3180 }
3181
3182 static bool isAligned(const Value *Base, APInt Offset, unsigned Align,
3183                       const DataLayout &DL) {
3184   APInt BaseAlign(Offset.getBitWidth(), getAlignment(Base, DL));
3185
3186   if (!BaseAlign) {
3187     Type *Ty = Base->getType()->getPointerElementType();
3188     if (!Ty->isSized())
3189       return false;
3190     BaseAlign = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3191   }
3192
3193   APInt Alignment(Offset.getBitWidth(), Align);
3194
3195   assert(Alignment.isPowerOf2() && "must be a power of 2!");
3196   return BaseAlign.uge(Alignment) && !(Offset & (Alignment-1));
3197 }
3198
3199 static bool isAligned(const Value *Base, unsigned Align, const DataLayout &DL) {
3200   Type *Ty = Base->getType();
3201   assert(Ty->isSized() && "must be sized");
3202   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty), 0);
3203   return isAligned(Base, Offset, Align, DL);
3204 }
3205
3206 /// Test if V is always a pointer to allocated and suitably aligned memory for
3207 /// a simple load or store.
3208 static bool isDereferenceableAndAlignedPointer(
3209     const Value *V, unsigned Align, const DataLayout &DL,
3210     const Instruction *CtxI, const DominatorTree *DT,
3211     const TargetLibraryInfo *TLI, SmallPtrSetImpl<const Value *> &Visited) {
3212   // Note that it is not safe to speculate into a malloc'd region because
3213   // malloc may return null.
3214
3215   // These are obviously ok if aligned.
3216   if (isa<AllocaInst>(V))
3217     return isAligned(V, Align, DL);
3218
3219   // It's not always safe to follow a bitcast, for example:
3220   //   bitcast i8* (alloca i8) to i32*
3221   // would result in a 4-byte load from a 1-byte alloca. However,
3222   // if we're casting from a pointer from a type of larger size
3223   // to a type of smaller size (or the same size), and the alignment
3224   // is at least as large as for the resulting pointer type, then
3225   // we can look through the bitcast.
3226   if (const BitCastOperator *BC = dyn_cast<BitCastOperator>(V)) {
3227     Type *STy = BC->getSrcTy()->getPointerElementType(),
3228          *DTy = BC->getDestTy()->getPointerElementType();
3229     if (STy->isSized() && DTy->isSized() &&
3230         (DL.getTypeStoreSize(STy) >= DL.getTypeStoreSize(DTy)) &&
3231         (DL.getABITypeAlignment(STy) >= DL.getABITypeAlignment(DTy)))
3232       return isDereferenceableAndAlignedPointer(BC->getOperand(0), Align, DL,
3233                                                 CtxI, DT, TLI, Visited);
3234   }
3235
3236   // Global variables which can't collapse to null are ok.
3237   if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
3238     if (!GV->hasExternalWeakLinkage())
3239       return isAligned(V, Align, DL);
3240
3241   // byval arguments are okay.
3242   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3243     if (A->hasByValAttr())
3244       return isAligned(V, Align, DL);
3245
3246   if (isDereferenceableFromAttribute(V, DL, CtxI, DT, TLI))
3247     return isAligned(V, Align, DL);
3248
3249   // For GEPs, determine if the indexing lands within the allocated object.
3250   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3251     Type *VTy = GEP->getType();
3252     Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3253     const Value *Base = GEP->getPointerOperand();
3254
3255     // Conservatively require that the base pointer be fully dereferenceable
3256     // and aligned.
3257     if (!Visited.insert(Base).second)
3258       return false;
3259     if (!isDereferenceableAndAlignedPointer(Base, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3260                                             Visited))
3261       return false;
3262
3263     APInt Offset(DL.getPointerTypeSizeInBits(VTy), 0);
3264     if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, Offset))
3265       return false;
3266
3267     // Check if the load is within the bounds of the underlying object
3268     // and offset is aligned.
3269     uint64_t LoadSize = DL.getTypeStoreSize(Ty);
3270     Type *BaseType = Base->getType()->getPointerElementType();
3271     assert(isPowerOf2_32(Align) && "must be a power of 2!");
3272     return (Offset + LoadSize).ule(DL.getTypeAllocSize(BaseType)) && 
3273            !(Offset & APInt(Offset.getBitWidth(), Align-1));
3274   }
3275
3276   // For gc.relocate, look through relocations
3277   if (const IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(V))
3278     if (I->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
3279       GCRelocateOperands RelocateInst(I);
3280       return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3281           RelocateInst.getDerivedPtr(), Align, DL, CtxI, DT, TLI, Visited);
3282     }
3283
3284   if (const AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(V))
3285     return isDereferenceableAndAlignedPointer(ASC->getOperand(0), Align, DL,
3286                                               CtxI, DT, TLI, Visited);
3287
3288   // If we don't know, assume the worst.
3289   return false;
3290 }
3291
3292 bool llvm::isDereferenceableAndAlignedPointer(const Value *V, unsigned Align,
3293                                               const DataLayout &DL,
3294                                               const Instruction *CtxI,
3295                                               const DominatorTree *DT,
3296                                               const TargetLibraryInfo *TLI) {
3297   // When dereferenceability information is provided by a dereferenceable
3298   // attribute, we know exactly how many bytes are dereferenceable. If we can
3299   // determine the exact offset to the attributed variable, we can use that
3300   // information here.
3301   Type *VTy = V->getType();
3302   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3303
3304   // Require ABI alignment for loads without alignment specification
3305   if (Align == 0)
3306     Align = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3307
3308   if (Ty->isSized()) {
3309     APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3310     const Value *BV = V->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, Offset);
3311
3312     if (Offset.isNonNegative())
3313       if (isDereferenceableFromAttribute(BV, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI) &&
3314           isAligned(BV, Offset, Align, DL))
3315         return true;
3316   }
3317
3318   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
3319   return ::isDereferenceableAndAlignedPointer(V, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3320                                               Visited);
3321 }
3322
3323 bool llvm::isDereferenceablePointer(const Value *V, const DataLayout &DL,
3324                                     const Instruction *CtxI,
3325                                     const DominatorTree *DT,
3326                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
3327   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, 1, DL, CtxI, DT, TLI);
3328 }
3329
3330 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3331                                         const Instruction *CtxI,
3332                                         const DominatorTree *DT,
3333                                         const TargetLibraryInfo *TLI) {
3334   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3335   if (!Inst)
3336     return false;
3337
3338   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3339     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3340       if (C->canTrap())
3341         return false;
3342
3343   switch (Inst->getOpcode()) {
3344   default:
3345     return true;
3346   case Instruction::UDiv:
3347   case Instruction::URem: {
3348     // x / y is undefined if y == 0.
3349     const APInt *V;
3350     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3351       return *V != 0;
3352     return false;
3353   }
3354   case Instruction::SDiv:
3355   case Instruction::SRem: {
3356     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3357     const APInt *Numerator, *Denominator;
3358     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3359       return false;
3360     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3361     if (*Denominator == 0)
3362       return false;
3363     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3364     if (*Denominator != -1)
3365       return true;
3366     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3367     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3368     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3369       return !Numerator->isMinSignedValue();
3370     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3371     return false;
3372   }
3373   case Instruction::Load: {
3374     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3375     if (!LI->isUnordered() ||
3376         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3377         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3378             Attribute::SanitizeThread) ||
3379         // Speculative load may load data from dirty regions.
3380         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3381             Attribute::SanitizeAddress))
3382       return false;
3383     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3384     return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3385         LI->getPointerOperand(), LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT, TLI);
3386   }
3387   case Instruction::Call: {
3388     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3389       switch (II->getIntrinsicID()) {
3390       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3391       // information about their operands.
3392       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3393       // should be considered at least *safe* to speculate...
3394       case Intrinsic::dbg_declare:
3395       case Intrinsic::dbg_value:
3396         return true;
3397
3398       case Intrinsic::bswap:
3399       case Intrinsic::ctlz:
3400       case Intrinsic::ctpop:
3401       case Intrinsic::cttz:
3402       case Intrinsic::objectsize:
3403       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3404       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3405       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3406       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3407       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3408       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3409         return true;
3410       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
3411       // errno like libm sqrt would.
3412       case Intrinsic::sqrt:
3413       case Intrinsic::fma:
3414       case Intrinsic::fmuladd:
3415       case Intrinsic::fabs:
3416       case Intrinsic::minnum:
3417       case Intrinsic::maxnum:
3418         return true;
3419       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
3420       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
3421       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3422       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3423       default: break;
3424       }
3425     }
3426     return false; // The called function could have undefined behavior or
3427                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3428   }
3429   case Instruction::VAArg:
3430   case Instruction::Alloca:
3431   case Instruction::Invoke:
3432   case Instruction::PHI:
3433   case Instruction::Store:
3434   case Instruction::Ret:
3435   case Instruction::Br:
3436   case Instruction::IndirectBr:
3437   case Instruction::Switch:
3438   case Instruction::Unreachable:
3439   case Instruction::Fence:
3440   case Instruction::AtomicRMW:
3441   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3442   case Instruction::LandingPad:
3443   case Instruction::Resume:
3444   case Instruction::CatchSwitch:
3445   case Instruction::CatchPad:
3446   case Instruction::CatchRet:
3447   case Instruction::CleanupPad:
3448   case Instruction::CleanupRet:
3449     return false; // Misc instructions which have effects
3450   }
3451 }
3452
3453 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3454   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3455 }
3456
3457 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3458 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3459   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3460
3461   // Alloca never returns null, malloc might.
3462   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3463
3464   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3465   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3466     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3467
3468   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak.
3469   // Other address spaces may have null as a valid address for a global,
3470   // so we can't assume anything.
3471   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3472     return !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3473            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3474
3475   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
3476   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3477     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3478
3479   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3480     if (CS.isReturnNonNull())
3481       return true;
3482
3483   return false;
3484 }
3485
3486 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3487                                                   const Instruction *CtxI,
3488                                                   const DominatorTree *DT) {
3489   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3490
3491   unsigned NumUsesExplored = 0;
3492   for (auto U : V->users()) {
3493     // Avoid massive lists
3494     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3495       break;
3496     NumUsesExplored++;
3497     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3498     const ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
3499     if (!Cmp)
3500       continue;
3501
3502     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
3503       continue;
3504
3505     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
3506       const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
3507       if (!BI)
3508         continue;
3509       
3510       assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3511
3512       BasicBlock *NonNullSuccessor = nullptr;
3513       CmpInst::Predicate Pred;
3514
3515       if (match(const_cast<ICmpInst*>(Cmp),
3516                 m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero()))) {
3517         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
3518           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(1);
3519         else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3520           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(0);
3521       }
3522
3523       if (NonNullSuccessor) {
3524         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3525         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3526           return true;
3527       }
3528     }
3529   }
3530
3531   return false;
3532 }
3533
3534 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3535                    const DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3536   if (isKnownNonNull(V, TLI))
3537     return true;
3538
3539   return CtxI ? ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT) : false;
3540 }
3541
3542 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
3543                                                    const DataLayout &DL,
3544                                                    AssumptionCache *AC,
3545                                                    const Instruction *CxtI,
3546                                                    const DominatorTree *DT) {
3547   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3548   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3549   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3550   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3551   // we can guarantee that the result does not overflow.
3552   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3553   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3554   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3555   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3556   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3557   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3558   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3559                    DT);
3560   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3561                    DT);
3562   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3563   // conservative answer.
3564   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3565                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3566   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3567   // definitely no overflow.
3568   if (ZeroBits >= BitWidth)
3569     return OverflowResult::NeverOverflows;
3570
3571   // Get the largest possible values for each operand.
3572   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3573   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3574
3575   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3576   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3577   bool MaxOverflow;
3578   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3579   if (!MaxOverflow)
3580     return OverflowResult::NeverOverflows;
3581
3582   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3583   // the operands also results in overflow.
3584   bool MinOverflow;
3585   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3586   if (MinOverflow)
3587     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3588
3589   return OverflowResult::MayOverflow;
3590 }
3591
3592 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3593                                                    const DataLayout &DL,
3594                                                    AssumptionCache *AC,
3595                                                    const Instruction *CxtI,
3596                                                    const DominatorTree *DT) {
3597   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3598   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3599                  AC, CxtI, DT);
3600   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3601     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3602     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3603                    AC, CxtI, DT);
3604
3605     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3606       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3607       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3608       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3609     }
3610
3611     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3612       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3613       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3614       return OverflowResult::NeverOverflows;
3615     }
3616   }
3617
3618   return OverflowResult::MayOverflow;
3619 }
3620
3621 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(
3622     Value *LHS, Value *RHS, AddOperator *Add, const DataLayout &DL,
3623     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
3624   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3625     return OverflowResult::NeverOverflows;
3626   }
3627
3628   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3629   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3630   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3631                  AC, CxtI, DT);
3632   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3633                  AC, CxtI, DT);
3634
3635   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3636       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3637     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3638     return OverflowResult::NeverOverflows;
3639   }
3640
3641   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3642   if (!Add)
3643     return OverflowResult::MayOverflow;
3644
3645   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3646   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3647   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3648   // operands.
3649   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3650       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3651   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3652   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3653     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3654     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3655                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3656     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3657         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3658       return OverflowResult::NeverOverflows;
3659     }
3660   }
3661
3662   return OverflowResult::MayOverflow;
3663 }
3664
3665 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(AddOperator *Add,
3666                                                  const DataLayout &DL,
3667                                                  AssumptionCache *AC,
3668                                                  const Instruction *CxtI,
3669                                                  const DominatorTree *DT) {
3670   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3671                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3672 }
3673
3674 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3675                                                  const DataLayout &DL,
3676                                                  AssumptionCache *AC,
3677                                                  const Instruction *CxtI,
3678                                                  const DominatorTree *DT) {
3679   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3680 }
3681
3682 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3683   // FIXME: This conservative implementation can be relaxed. E.g. most
3684   // atomic operations are guaranteed to terminate on most platforms
3685   // and most functions terminate.
3686
3687   return !I->isAtomic() &&       // atomics may never succeed on some platforms
3688          !isa<CallInst>(I) &&    // could throw and might not terminate
3689          !isa<InvokeInst>(I) &&  // might not terminate and could throw to
3690                                  //   non-successor (see bug 24185 for details).
3691          !isa<ResumeInst>(I) &&  // has no successors
3692          !isa<ReturnInst>(I);    // has no successors
3693 }
3694
3695 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3696                                                   const Loop *L) {
3697   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3698   //
3699   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3700   // guaranteed to be executed at every iteration.
3701   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3702
3703   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3704     if (&LI == I) return true;
3705     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3706   }
3707   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3708 }
3709
3710 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3711   switch (I->getOpcode()) {
3712     case Instruction::Add:
3713     case Instruction::Sub:
3714     case Instruction::Xor:
3715     case Instruction::Trunc:
3716     case Instruction::BitCast:
3717     case Instruction::AddrSpaceCast:
3718       // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3719       // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3720       // itself still yields poison, not zero.
3721       return true;
3722
3723     case Instruction::AShr:
3724     case Instruction::SExt:
3725       // For these operations, one bit of the input is replicated across
3726       // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3727       return true;
3728
3729     case Instruction::Shl: {
3730       // Left shift *by* a poison value is poison. The number of
3731       // positions to shift is unsigned, so no negative values are
3732       // possible there. Left shift by zero places preserves poison. So
3733       // it only remains to consider left shift of poison by a positive
3734       // number of places.
3735       //
3736       // A left shift by a positive number of places leaves the lowest order bit
3737       // non-poisoned. However, if such a shift has a no-wrap flag, then we can
3738       // make the poison operand violate that flag, yielding a fresh full-poison
3739       // value.
3740       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3741       return OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap();
3742     }
3743
3744     case Instruction::Mul: {
3745       // A multiplication by zero yields a non-poison zero result, so we need to
3746       // rule out zero as an operand. Conservatively, multiplication by a
3747       // non-zero constant is not multiplication by zero.
3748       //
3749       // Multiplication by a non-zero constant can leave some bits
3750       // non-poisoned. For example, a multiplication by 2 leaves the lowest
3751       // order bit unpoisoned. So we need to consider that.
3752       //
3753       // Multiplication by 1 preserves poison. If the multiplication has a
3754       // no-wrap flag, then we can make the poison operand violate that flag
3755       // when multiplied by any integer other than 0 and 1.
3756       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3757       if (OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap()) {
3758         for (Value *V : OBO->operands()) {
3759           if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
3760             // A ConstantInt cannot yield poison, so we can assume that it is
3761             // the other operand that is poison.
3762             return !CI->isZero();
3763           }
3764         }
3765       }
3766       return false;
3767     }
3768
3769     case Instruction::GetElementPtr:
3770       // A GEP implicitly represents a sequence of additions, subtractions,
3771       // truncations, sign extensions and multiplications. The multiplications
3772       // are by the non-zero sizes of some set of types, so we do not have to be
3773       // concerned with multiplication by zero. If the GEP is in-bounds, then
3774       // these operations are implicitly no-signed-wrap so poison is propagated
3775       // by the arguments above for Add, Sub, Trunc, SExt and Mul.
3776       return cast<GEPOperator>(I)->isInBounds();
3777
3778     default:
3779       return false;
3780   }
3781 }
3782
3783 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3784   switch (I->getOpcode()) {
3785     case Instruction::Store:
3786       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3787
3788     case Instruction::Load:
3789       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3790
3791     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3792       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3793
3794     case Instruction::AtomicRMW:
3795       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3796
3797     case Instruction::UDiv:
3798     case Instruction::SDiv:
3799     case Instruction::URem:
3800     case Instruction::SRem:
3801       return I->getOperand(1);
3802
3803     default:
3804       return nullptr;
3805   }
3806 }
3807
3808 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3809   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3810   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3811   // executed given that PoisonI is executed.
3812   //
3813   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3814   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3815   // post-dominance.
3816   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3817
3818   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3819   // does.
3820   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3821   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3822
3823   for (BasicBlock::const_iterator I = PoisonI->getIterator(), E = BB->end();
3824        I != E; ++I) {
3825     if (&*I != PoisonI) {
3826       const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&*I);
3827       if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison)) return true;
3828       if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
3829         return false;
3830     }
3831
3832     // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3833     if (YieldsPoison.count(&*I)) {
3834       for (const User *User : I->users()) {
3835         const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3836         if (UserI->getParent() == BB && propagatesFullPoison(UserI))
3837           YieldsPoison.insert(User);
3838       }
3839     }
3840   }
3841   return false;
3842 }
3843
3844 static bool isKnownNonNaN(Value *V, FastMathFlags FMF) {
3845   if (FMF.noNaNs())
3846     return true;
3847
3848   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3849     return !C->isNaN();
3850   return false;
3851 }
3852
3853 static bool isKnownNonZero(Value *V) {
3854   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3855     return !C->isZero();
3856   return false;
3857 }
3858
3859 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
3860                                               FastMathFlags FMF,
3861                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3862                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3863                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
3864   LHS = CmpLHS;
3865   RHS = CmpRHS;
3866
3867   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
3868   // return inconsistent results between implementations.
3869   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
3870   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
3871   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
3872   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
3873   switch (Pred) {
3874   default: break;
3875   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
3876   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
3877     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
3878         !isKnownNonZero(CmpRHS))
3879       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3880   }
3881
3882   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
3883   bool Ordered = false;
3884
3885   // When given one NaN and one non-NaN input:
3886   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
3887   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
3888   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
3889   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
3890   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
3891     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
3892     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
3893
3894     if (LHSSafe && RHSSafe) {
3895       // Both operands are known non-NaN.
3896       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
3897     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
3898       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
3899       // returns the RHS.
3900       Ordered = true;
3901       if (LHSSafe)
3902         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
3903         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3904       else if (RHSSafe)
3905         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3906       else
3907         // Completely unsafe.
3908         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3909     } else {
3910       Ordered = false;
3911       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
3912       // returns the LHS.
3913       if (LHSSafe)
3914         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
3915         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3916       else if (RHSSafe)
3917         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3918       else
3919         // Completely unsafe.
3920         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3921     }
3922   }
3923
3924   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
3925     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
3926     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
3927     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
3928       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3929     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
3930       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3931     Ordered = !Ordered;
3932   }
3933
3934   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
3935   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
3936     switch (Pred) {
3937     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
3938     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3939     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3940     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3941     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3942     case ICmpInst::ICMP_ULT:
3943     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3944     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3945     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3946     case FCmpInst::FCMP_UGT:
3947     case FCmpInst::FCMP_UGE:
3948     case FCmpInst::FCMP_OGT:
3949     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
3950     case FCmpInst::FCMP_ULT:
3951     case FCmpInst::FCMP_ULE:
3952     case FCmpInst::FCMP_OLT:
3953     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
3954     }
3955   }
3956
3957   if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(CmpRHS)) {
3958     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
3959         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
3960
3961       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
3962       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
3963       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (C1->isZero() || C1->isMinusOne())) {
3964         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3965       }
3966
3967       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
3968       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
3969       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (C1->isZero() || C1->isOne())) {
3970         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3971       }
3972     }
3973     
3974     // Y >s C ? ~Y : ~C == ~Y <s ~C ? ~Y : ~C = SMIN(~Y, ~C)
3975     if (const auto *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal)) {
3976       if (C1->getType() == C2->getType() && ~C1->getValue() == C2->getValue() &&
3977           (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) ||
3978            match(CmpLHS, m_Not(m_Specific(TrueVal))))) {
3979         LHS = TrueVal;
3980         RHS = FalseVal;
3981         return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3982       }
3983     }
3984   }
3985
3986   // TODO: (X > 4) ? X : 5   -->  (X >= 5) ? X : 5  -->  MAX(X, 5)
3987
3988   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3989 }
3990
3991 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
3992                               Instruction::CastOps *CastOp) {
3993   CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V1);
3994   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V2);
3995   CastInst *CI2 = dyn_cast<CastInst>(V2);
3996   if (!CI)
3997     return nullptr;
3998   *CastOp = CI->getOpcode();
3999
4000   if (CI2) {
4001     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, we can look
4002     // through V1.
4003     if (CI2->getOpcode() == CI->getOpcode() &&
4004         CI2->getSrcTy() == CI->getSrcTy())
4005       return CI2->getOperand(0);
4006     return nullptr;
4007   } else if (!C) {
4008     return nullptr;
4009   }
4010
4011   if (isa<SExtInst>(CI) && CmpI->isSigned()) {
4012     Constant *T = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
4013     // This is only valid if the truncated value can be sign-extended
4014     // back to the original value.
4015     if (ConstantExpr::getSExt(T, C->getType()) == C)
4016       return T;
4017     return nullptr;
4018   }
4019   if (isa<ZExtInst>(CI) && CmpI->isUnsigned())
4020     return ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
4021
4022   if (isa<TruncInst>(CI))
4023     return ConstantExpr::getIntegerCast(C, CI->getSrcTy(), CmpI->isSigned());
4024
4025   if (isa<FPToUIInst>(CI))
4026     return ConstantExpr::getUIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4027
4028   if (isa<FPToSIInst>(CI))
4029     return ConstantExpr::getSIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4030
4031   if (isa<UIToFPInst>(CI))
4032     return ConstantExpr::getFPToUI(C, CI->getSrcTy(), true);
4033
4034   if (isa<SIToFPInst>(CI))
4035     return ConstantExpr::getFPToSI(C, CI->getSrcTy(), true);
4036
4037   if (isa<FPTruncInst>(CI))
4038     return ConstantExpr::getFPExtend(C, CI->getSrcTy(), true);
4039
4040   if (isa<FPExtInst>(CI))
4041     return ConstantExpr::getFPTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
4042
4043   return nullptr;
4044 }
4045
4046 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V,
4047                                              Value *&LHS, Value *&RHS,
4048                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4049   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4050   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4051
4052   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4053   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4054
4055   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4056   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4057   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4058   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4059   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4060   FastMathFlags FMF;
4061   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4062     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4063
4064   // Bail out early.
4065   if (CmpI->isEquality())
4066     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4067
4068   // Deal with type mismatches.
4069   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4070     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4071       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4072                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4073                                   LHS, RHS);
4074     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4075       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4076                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4077                                   LHS, RHS);
4078   }
4079   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4080                               LHS, RHS);
4081 }
4082
4083 ConstantRange llvm::getConstantRangeFromMetadata(MDNode &Ranges) {
4084   const unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
4085   assert(NumRanges >= 1 && "Must have at least one range!");
4086   assert(Ranges.getNumOperands() % 2 == 0 && "Must be a sequence of pairs");
4087
4088   auto *FirstLow = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(0));
4089   auto *FirstHigh = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(1));
4090
4091   ConstantRange CR(FirstLow->getValue(), FirstHigh->getValue());
4092
4093   for (unsigned i = 1; i < NumRanges; ++i) {
4094     auto *Low = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
4095     auto *High = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
4096
4097     // Note: unionWith will potentially create a range that contains values not
4098     // contained in any of the original N ranges.
4099     CR = CR.unionWith(ConstantRange(Low->getValue(), High->getValue()));
4100   }
4101
4102   return CR;
4103 }
4104
4105 /// Return true if "icmp Pred LHS RHS" is always true.
4106 static bool isTruePredicate(CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS,
4107                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4108                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4109                             const DominatorTree *DT) {
4110   assert(!LHS->getType()->isVectorTy() && "TODO: extend to handle vectors!");
4111   if (ICmpInst::isTrueWhenEqual(Pred) && LHS == RHS)
4112     return true;
4113
4114   switch (Pred) {
4115   default:
4116     return false;
4117
4118   case CmpInst::ICMP_SLE: {
4119     const APInt *C;
4120
4121     // LHS s<= LHS +_{nsw} C   if C >= 0
4122     if (match(RHS, m_NSWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4123       return !C->isNegative();
4124     return false;
4125   }
4126
4127   case CmpInst::ICMP_ULE: {
4128     const APInt *C;
4129
4130     // LHS u<= LHS +_{nuw} C   for any C
4131     if (match(RHS, m_NUWAdd(m_Specific(LHS), m_APInt(C))))
4132       return true;
4133
4134     // Match A to (X +_{nuw} CA) and B to (X +_{nuw} CB)
4135     auto MatchNUWAddsToSameValue = [&](Value *A, Value *B, Value *&X,
4136                                        const APInt *&CA, const APInt *&CB) {
4137       if (match(A, m_NUWAdd(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4138           match(B, m_NUWAdd(m_Specific(X), m_APInt(CB))))
4139         return true;
4140
4141       // If X & C == 0 then (X | C) == X +_{nuw} C
4142       if (match(A, m_Or(m_Value(X), m_APInt(CA))) &&
4143           match(B, m_Or(m_Specific(X), m_APInt(CB)))) {
4144         unsigned BitWidth = CA->getBitWidth();
4145         APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
4146         computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, AC, CxtI, DT);
4147
4148         if ((KnownZero & *CA) == *CA && (KnownZero & *CB) == *CB)
4149           return true;
4150       }
4151
4152       return false;
4153     };
4154
4155     Value *X;
4156     const APInt *CLHS, *CRHS;
4157     if (MatchNUWAddsToSameValue(LHS, RHS, X, CLHS, CRHS))
4158       return CLHS->ule(*CRHS);
4159
4160     return false;
4161   }
4162   }
4163 }
4164
4165 /// Return true if "icmp Pred BLHS BRHS" is true whenever "icmp Pred
4166 /// ALHS ARHS" is true.
4167 static bool isImpliedCondOperands(CmpInst::Predicate Pred, Value *ALHS,
4168                                   Value *ARHS, Value *BLHS, Value *BRHS,
4169                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth,
4170                                   AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
4171                                   const DominatorTree *DT) {
4172   switch (Pred) {
4173   default:
4174     return false;
4175
4176   case CmpInst::ICMP_SLT:
4177   case CmpInst::ICMP_SLE:
4178     return isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4179                            DT) &&
4180            isTruePredicate(CmpInst::ICMP_SLE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4181                            DT);
4182
4183   case CmpInst::ICMP_ULT:
4184   case CmpInst::ICMP_ULE:
4185     return isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, BLHS, ALHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4186                            DT) &&
4187            isTruePredicate(CmpInst::ICMP_ULE, ARHS, BRHS, DL, Depth, AC, CxtI,
4188                            DT);
4189   }
4190 }
4191
4192 bool llvm::isImpliedCondition(Value *LHS, Value *RHS, const DataLayout &DL,
4193                               unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
4194                               const Instruction *CxtI,
4195                               const DominatorTree *DT) {
4196   assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "mismatched type");
4197   Type *OpTy = LHS->getType();
4198   assert(OpTy->getScalarType()->isIntegerTy(1));
4199
4200   // LHS ==> RHS by definition
4201   if (LHS == RHS) return true;
4202
4203   if (OpTy->isVectorTy())
4204     // TODO: extending the code below to handle vectors
4205     return false;
4206   assert(OpTy->isIntegerTy(1) && "implied by above");
4207
4208   ICmpInst::Predicate APred, BPred;
4209   Value *ALHS, *ARHS;
4210   Value *BLHS, *BRHS;
4211
4212   if (!match(LHS, m_ICmp(APred, m_Value(ALHS), m_Value(ARHS))) ||
4213       !match(RHS, m_ICmp(BPred, m_Value(BLHS), m_Value(BRHS))))
4214     return false;
4215
4216   if (APred == BPred)
4217     return isImpliedCondOperands(APred, ALHS, ARHS, BLHS, BRHS, DL, Depth, AC,
4218                                  CxtI, DT);
4219
4220   return false;
4221 }