Factor out the analysis of addition and subtraction in ComputeMaskedBits. Reuse
[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/Analysis/InstructionSimplify.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/Instructions.h"
19 #include "llvm/GlobalVariable.h"
20 #include "llvm/GlobalAlias.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Operator.h"
24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
25 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
26 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
27 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
29 #include <cstring>
30 using namespace llvm;
31 using namespace llvm::PatternMatch;
32
33 const unsigned MaxDepth = 6;
34
35 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
36 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
37 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const TargetData *TD) {
38   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
39     return BitWidth;
40   assert(isa<PointerType>(Ty) && "Expected a pointer type!");
41   return TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 0;
42 }
43
44 static void ComputeMaskedBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
45                                     const APInt &Mask,
46                                     APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
47                                     APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
48                                     const TargetData *TD, unsigned Depth) {
49   if (!Add) {
50     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
51       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
52       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
53       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
54       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
55         unsigned BitWidth = Mask.getBitWidth();
56         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
57         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
58         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
59         llvm::ComputeMaskedBits(Op1, MaskV, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
60     
61         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
62         // output top bits are zero, because we now know that the output is
63         // from [0-C].
64         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
65           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
66           // Top bits known zero.
67           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2) & Mask;
68         }
69       }
70     }
71   }
72
73   unsigned BitWidth = Mask.getBitWidth();
74
75   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
76   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
77   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
78   // this only works if the known zeros are in the right operand.
79   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
80   APInt Mask2 = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
81                                      BitWidth - Mask.countLeadingZeros());
82   llvm::ComputeMaskedBits(Op0, Mask2, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
83   assert((LHSKnownZero & LHSKnownOne) == 0 &&
84          "Bits known to be one AND zero?");
85   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
86
87   llvm::ComputeMaskedBits(Op1, Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
88   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
89   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
90
91   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
92   // many bits from the other operand.
93   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
94     if (Add) {
95       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
96       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
97       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
98     } else {
99       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
100       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
101       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
102                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
103                                                  RHSKnownZeroOut));
104     }
105   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
106     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
107     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
108     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
109   }
110
111   // Are we still trying to solve for the sign bit?
112   if (Mask.isNegative() && !KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
113     if (NSW) {
114       if (Add) {
115         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
116         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
117           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
118         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
119         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
120           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
121       } else {
122         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
123         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
124           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
125         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
126         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
127           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
128       }
129     }
130   }
131 }
132
133 /// ComputeMaskedBits - Determine which of the bits specified in Mask are
134 /// known to be either zero or one and return them in the KnownZero/KnownOne
135 /// bit sets.  This code only analyzes bits in Mask, in order to short-circuit
136 /// processing.
137 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
138 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
139 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
140 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
141 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
142 /// this won't lose us code quality.
143 ///
144 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
145 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
146 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
147 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
148 /// for all of the elements in the vector.
149 void llvm::ComputeMaskedBits(Value *V, const APInt &Mask,
150                              APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
151                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
152   assert(V && "No Value?");
153   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
154   unsigned BitWidth = Mask.getBitWidth();
155   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
156           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
157          "Not integer or pointer type!");
158   assert((!TD ||
159           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
160          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
161           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
162          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
163          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
164          "V, Mask, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
165
166   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
167     // We know all of the bits for a constant!
168     KnownOne = CI->getValue() & Mask;
169     KnownZero = ~KnownOne & Mask;
170     return;
171   }
172   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
173   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
174       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
175     KnownOne.clearAllBits();
176     KnownZero = Mask;
177     return;
178   }
179   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
180   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
181   // we don't handle undef in any particularly useful way.
182   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
183     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
184     // each element.
185     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
186     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
187     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
188       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
189       KnownZero &= ~Elt;
190       KnownOne &= Elt;      
191     }
192     return;
193   }
194   
195   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
196   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
197     unsigned Align = GV->getAlignment();
198     if (Align == 0 && TD) {
199       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
200         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
201         if (ObjectType->isSized()) {
202           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
203           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
204           // may only have the minimum ABI alignment.
205           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
206             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
207           else
208             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
209         }
210       }
211     }
212     if (Align > 0)
213       KnownZero = Mask & APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
214                                               CountTrailingZeros_32(Align));
215     else
216       KnownZero.clearAllBits();
217     KnownOne.clearAllBits();
218     return;
219   }
220   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
221   // the bits of its aliasee.
222   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
223     if (GA->mayBeOverridden()) {
224       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
225     } else {
226       ComputeMaskedBits(GA->getAliasee(), Mask, KnownZero, KnownOne,
227                         TD, Depth+1);
228     }
229     return;
230   }
231   
232   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
233     // Get alignment information off byval arguments if specified in the IR.
234     if (A->hasByValAttr())
235       if (unsigned Align = A->getParamAlignment())
236         KnownZero = Mask & APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
237                                                 CountTrailingZeros_32(Align));
238     return;
239   }
240
241   // Start out not knowing anything.
242   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
243
244   if (Depth == MaxDepth || Mask == 0)
245     return;  // Limit search depth.
246
247   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
248   if (!I) return;
249
250   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
251   switch (I->getOpcode()) {
252   default: break;
253   case Instruction::And: {
254     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
255     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
256     APInt Mask2(Mask & ~KnownZero);
257     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
258                       Depth+1);
259     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
260     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
261     
262     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
263     KnownOne &= KnownOne2;
264     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
265     KnownZero |= KnownZero2;
266     return;
267   }
268   case Instruction::Or: {
269     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
270     APInt Mask2(Mask & ~KnownOne);
271     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
272                       Depth+1);
273     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
274     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
275     
276     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
277     KnownZero &= KnownZero2;
278     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
279     KnownOne |= KnownOne2;
280     return;
281   }
282   case Instruction::Xor: {
283     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
284     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask, KnownZero2, KnownOne2, TD,
285                       Depth+1);
286     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
287     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
288     
289     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
290     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
291     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
292     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
293     KnownZero = KnownZeroOut;
294     return;
295   }
296   case Instruction::Mul: {
297     APInt Mask2 = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
298     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,Depth+1);
299     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD,
300                       Depth+1);
301     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
302     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
303
304     bool isKnownNegative = false;
305     bool isKnownNonNegative = false;
306     // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
307     if (Mask.isNegative() &&
308         cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap()) {
309       Value *Op1 = I->getOperand(1), *Op2 = I->getOperand(0);
310       if (Op1 == Op2) {
311         // The product of a number with itself is non-negative.
312         isKnownNonNegative = true;
313       } else {
314         bool isKnownNonNegative1 = KnownZero.isNegative();
315         bool isKnownNonNegative2 = KnownZero2.isNegative();
316         bool isKnownNegative1 = KnownOne.isNegative();
317         bool isKnownNegative2 = KnownOne2.isNegative();
318         // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
319         isKnownNonNegative = (isKnownNegative1 && isKnownNegative2) ||
320           (isKnownNonNegative1 && isKnownNonNegative2);
321         // The product of a negative number and a non-negative number is either
322         // negative or zero.
323         if (!isKnownNonNegative)
324           isKnownNegative = (isKnownNegative1 && isKnownNonNegative2 &&
325                              isKnownNonZero(Op2, TD, Depth)) ||
326                             (isKnownNegative2 && isKnownNonNegative1 &&
327                              isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
328       }
329     }
330
331     // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
332     // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
333     // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
334     // interesting case of alignment computation.
335     KnownOne.clearAllBits();
336     unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
337                       KnownZero2.countTrailingOnes();
338     unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
339                                KnownZero2.countLeadingOnes(),
340                                BitWidth) - BitWidth;
341
342     TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
343     LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
344     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
345                 APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
346     KnownZero &= Mask;
347
348     // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
349     // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
350     // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
351     // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
352     // whatever we like here.
353     if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
354       KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
355     else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
356       KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
357
358     return;
359   }
360   case Instruction::UDiv: {
361     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
362     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
363     // be less than the denominator.
364     APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
365     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0),
366                       AllOnes, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
367     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
368
369     KnownOne2.clearAllBits();
370     KnownZero2.clearAllBits();
371     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1),
372                       AllOnes, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
373     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
374     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
375       LeadZ = std::min(BitWidth,
376                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
377
378     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ) & Mask;
379     return;
380   }
381   case Instruction::Select:
382     ComputeMaskedBits(I->getOperand(2), Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
383     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), Mask, KnownZero2, KnownOne2, TD,
384                       Depth+1);
385     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
386     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
387
388     // Only known if known in both the LHS and RHS.
389     KnownOne &= KnownOne2;
390     KnownZero &= KnownZero2;
391     return;
392   case Instruction::FPTrunc:
393   case Instruction::FPExt:
394   case Instruction::FPToUI:
395   case Instruction::FPToSI:
396   case Instruction::SIToFP:
397   case Instruction::UIToFP:
398     return; // Can't work with floating point.
399   case Instruction::PtrToInt:
400   case Instruction::IntToPtr:
401     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
402     if (!TD) return;
403     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
404   case Instruction::ZExt:
405   case Instruction::Trunc: {
406     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
407     
408     unsigned SrcBitWidth;
409     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
410     // which fall through here.
411     if (SrcTy->isPointerTy())
412       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy);
413     else
414       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
415     
416     APInt MaskIn = Mask.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
417     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
418     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
419     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), MaskIn, KnownZero, KnownOne, TD,
420                       Depth+1);
421     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
422     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
423     // Any top bits are known to be zero.
424     if (BitWidth > SrcBitWidth)
425       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
426     return;
427   }
428   case Instruction::BitCast: {
429     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
430     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
431         // TODO: For now, not handling conversions like:
432         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
433         !I->getType()->isVectorTy()) {
434       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask, KnownZero, KnownOne, TD,
435                         Depth+1);
436       return;
437     }
438     break;
439   }
440   case Instruction::SExt: {
441     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
442     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
443       
444     APInt MaskIn = Mask.trunc(SrcBitWidth);
445     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
446     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
447     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), MaskIn, KnownZero, KnownOne, TD,
448                       Depth+1);
449     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
450     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
451     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
452
453     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
454     // top bits of the result.
455     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
456       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
457     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
458       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
459     return;
460   }
461   case Instruction::Shl:
462     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
463     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
464       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
465       APInt Mask2(Mask.lshr(ShiftAmt));
466       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
467                         Depth+1);
468       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
469       KnownZero <<= ShiftAmt;
470       KnownOne  <<= ShiftAmt;
471       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
472       return;
473     }
474     break;
475   case Instruction::LShr:
476     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
477     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
478       // Compute the new bits that are at the top now.
479       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
480       
481       // Unsigned shift right.
482       APInt Mask2(Mask.shl(ShiftAmt));
483       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero,KnownOne, TD,
484                         Depth+1);
485       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
486       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
487       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
488       // high bits known zero.
489       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
490       return;
491     }
492     break;
493   case Instruction::AShr:
494     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
495     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
496       // Compute the new bits that are at the top now.
497       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
498       
499       // Signed shift right.
500       APInt Mask2(Mask.shl(ShiftAmt));
501       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
502                         Depth+1);
503       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
504       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
505       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
506         
507       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
508       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
509         KnownZero |= HighBits;
510       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
511         KnownOne |= HighBits;
512       return;
513     }
514     break;
515   case Instruction::Sub: {
516     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
517     ComputeMaskedBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
518                             Mask, KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2,
519                             TD, Depth);
520     break;
521   }
522   case Instruction::Add: {
523     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
524     ComputeMaskedBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
525                             Mask, KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2,
526                             TD, Depth);
527     break;
528   }
529   case Instruction::SRem:
530     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
531       APInt RA = Rem->getValue().abs();
532       if (RA.isPowerOf2()) {
533         APInt LowBits = RA - 1;
534         APInt Mask2 = LowBits | APInt::getSignBit(BitWidth);
535         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD, 
536                           Depth+1);
537
538         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
539         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
540         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
541
542         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
543         // the upper bits are all zero.
544         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
545           KnownZero |= ~LowBits;
546
547         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
548         // the upper bits are all one.
549         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
550           KnownOne |= ~LowBits;
551
552         KnownZero &= Mask;
553         KnownOne &= Mask;
554
555         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
556       }
557     }
558
559     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
560     // remainder is zero.
561     if (Mask.isNegative() && KnownZero.isNonNegative()) {
562       APInt Mask2 = APInt::getSignBit(BitWidth);
563       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
564       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
565                         Depth+1);
566       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
567       if (LHSKnownZero.isNegative())
568         KnownZero |= LHSKnownZero;
569     }
570
571     break;
572   case Instruction::URem: {
573     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
574       APInt RA = Rem->getValue();
575       if (RA.isPowerOf2()) {
576         APInt LowBits = (RA - 1);
577         APInt Mask2 = LowBits & Mask;
578         KnownZero |= ~LowBits & Mask;
579         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), Mask2, KnownZero, KnownOne, TD,
580                           Depth+1);
581         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
582         break;
583       }
584     }
585
586     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
587     // zero bits in either operand must also exist in the result.
588     APInt AllOnes = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
589     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), AllOnes, KnownZero, KnownOne,
590                       TD, Depth+1);
591     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), AllOnes, KnownZero2, KnownOne2,
592                       TD, Depth+1);
593
594     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
595                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
596     KnownOne.clearAllBits();
597     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders) & Mask;
598     break;
599   }
600
601   case Instruction::Alloca: {
602     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
603     unsigned Align = AI->getAlignment();
604     if (Align == 0 && TD)
605       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
606     
607     if (Align > 0)
608       KnownZero = Mask & APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
609                                               CountTrailingZeros_32(Align));
610     break;
611   }
612   case Instruction::GetElementPtr: {
613     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
614     // to determine if we can prove known low zero bits.
615     APInt LocalMask = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
616     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
617     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LocalMask,
618                       LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
619     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
620
621     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
622     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
623       Value *Index = I->getOperand(i);
624       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
625         // Handle struct member offset arithmetic.
626         if (!TD) return;
627         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
628         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
629         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
630         TrailZ = std::min(TrailZ,
631                           CountTrailingZeros_64(Offset));
632       } else {
633         // Handle array index arithmetic.
634         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
635         if (!IndexedTy->isSized()) return;
636         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
637         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
638         LocalMask = APInt::getAllOnesValue(GEPOpiBits);
639         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
640         ComputeMaskedBits(Index, LocalMask,
641                           LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
642         TrailZ = std::min(TrailZ,
643                           unsigned(CountTrailingZeros_64(TypeSize) +
644                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
645       }
646     }
647     
648     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) & Mask;
649     break;
650   }
651   case Instruction::PHI: {
652     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
653     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
654     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
655     // this is sufficient to catch some interesting cases.
656     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
657       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
658         Value *L = P->getIncomingValue(i);
659         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
660         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
661         if (!LU)
662           continue;
663         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
664         // Check for operations that have the property that if
665         // both their operands have low zero bits, the result
666         // will have low zero bits.
667         if (Opcode == Instruction::Add ||
668             Opcode == Instruction::Sub ||
669             Opcode == Instruction::And ||
670             Opcode == Instruction::Or ||
671             Opcode == Instruction::Mul) {
672           Value *LL = LU->getOperand(0);
673           Value *LR = LU->getOperand(1);
674           // Find a recurrence.
675           if (LL == I)
676             L = LR;
677           else if (LR == I)
678             L = LL;
679           else
680             break;
681           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
682           // zero bits.
683           APInt Mask2 = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
684           ComputeMaskedBits(R, Mask2, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
685           Mask2 = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
686                                        KnownZero2.countTrailingOnes());
687
688           // We need to take the minimum number of known bits
689           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
690           ComputeMaskedBits(L, Mask2, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
691
692           KnownZero = Mask &
693                       APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
694                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
695                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
696           break;
697         }
698       }
699     }
700
701     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
702     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
703       return;
704
705     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
706     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
707     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
708       // Skip if every incoming value references to ourself.
709       if (P->hasConstantValue() == P)
710         break;
711
712       KnownZero = Mask;
713       KnownOne = Mask;
714       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
715         // Skip direct self references.
716         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
717
718         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
719         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
720         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
721         // want to waste time spinning around in loops.
722         ComputeMaskedBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero | KnownOne,
723                           KnownZero2, KnownOne2, TD, MaxDepth-1);
724         KnownZero &= KnownZero2;
725         KnownOne &= KnownOne2;
726         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
727         // more operands.
728         if (!KnownZero && !KnownOne)
729           break;
730       }
731     }
732     break;
733   }
734   case Instruction::Call:
735     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
736       switch (II->getIntrinsicID()) {
737       default: break;
738       case Intrinsic::ctlz:
739       case Intrinsic::cttz: {
740         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
741         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
742         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
743           LowBits -= 1;
744         KnownZero = Mask & APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
745         break;
746       }
747       case Intrinsic::ctpop: {
748         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
749         KnownZero = Mask & APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
750         break;
751       }
752       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_8:
753       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
754         KnownZero = Mask & APInt::getHighBitsSet(64, 32);
755         break;
756       }
757     }
758     break;
759   case Instruction::ExtractValue:
760     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
761       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
762       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
763       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
764         switch (II->getIntrinsicID()) {
765         default: break;
766         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
767         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
768           ComputeMaskedBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
769                                   II->getArgOperand(1), false, Mask,
770                                   KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2,
771                                   TD, Depth);
772           break;
773         case Intrinsic::usub_with_overflow:
774         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
775           ComputeMaskedBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
776                                   II->getArgOperand(1), false, Mask,
777                                   KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2,
778                                   TD, Depth);
779           break;
780         }
781       }
782     }
783   }
784 }
785
786 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
787 /// one.  Convenience wrapper around ComputeMaskedBits.
788 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
789                           const TargetData *TD, unsigned Depth) {
790   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
791   if (!BitWidth) {
792     KnownZero = false;
793     KnownOne = false;
794     return;
795   }
796   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
797   APInt OneBits(BitWidth, 0);
798   ComputeMaskedBits(V, APInt::getSignBit(BitWidth), ZeroBits, OneBits, TD,
799                     Depth);
800   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
801   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
802 }
803
804 /// isPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
805 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
806 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
807 /// types and vectors of integers.
808 bool llvm::isPowerOfTwo(Value *V, const TargetData *TD, bool OrZero,
809                         unsigned Depth) {
810   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
811     if (C->isNullValue())
812       return OrZero;
813     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
814       return CI->getValue().isPowerOf2();
815     // TODO: Handle vector constants.
816   }
817
818   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
819   // it is shifted off the end then the result is undefined.
820   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
821     return true;
822
823   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
824   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
825   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
826     return true;
827
828   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
829   if (Depth++ == MaxDepth)
830     return false;
831
832   Value *X = 0, *Y = 0;
833   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
834   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
835                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
836     return isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/true, Depth);
837
838   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
839     return isPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), TD, OrZero, Depth);
840
841   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
842     return isPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), TD, OrZero, Depth) &&
843       isPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), TD, OrZero, Depth);
844
845   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
846     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
847     if (isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/true, Depth) ||
848         isPowerOfTwo(Y, TD, /*OrZero*/true, Depth))
849       return true;
850     // X & (-X) is always a power of two or zero.
851     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
852       return true;
853     return false;
854   }
855
856   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
857   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
858   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
859   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
860       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
861     return isPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), TD, OrZero, Depth);
862   }
863
864   return false;
865 }
866
867 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
868 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
869 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
870 /// vectors of integers.
871 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const TargetData *TD, unsigned Depth) {
872   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
873     if (C->isNullValue())
874       return false;
875     if (isa<ConstantInt>(C))
876       // Must be non-zero due to null test above.
877       return true;
878     // TODO: Handle vectors
879     return false;
880   }
881
882   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
883   if (Depth++ >= MaxDepth)
884     return false;
885
886   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
887
888   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
889   Value *X = 0, *Y = 0;
890   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
891     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
892
893   // ext X != 0 if X != 0.
894   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
895     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
896
897   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
898   // if the lowest bit is shifted off the end.
899   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
900     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
901     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
902     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
903       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
904
905     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
906     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
907     ComputeMaskedBits(X, APInt(BitWidth, 1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
908     if (KnownOne[0])
909       return true;
910   }
911   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
912   // defined if the sign bit is shifted off the end.
913   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
914     // shr exact can only shift out zero bits.
915     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
916     if (BO->isExact())
917       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
918
919     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
920     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
921     if (XKnownNegative)
922       return true;
923   }
924   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
925   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
926     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
927   }
928   // X + Y.
929   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
930     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
931     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
932     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
933     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
934
935     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
936     // zero unless both X and Y are zero.
937     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
938       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
939         return true;
940
941     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
942     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
943     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
944       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
945       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
946       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
947       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
948       // to INT_MIN.
949       ComputeMaskedBits(X, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
950       if ((KnownOne & Mask) != 0)
951         return true;
952       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
953       // to INT_MIN.
954       ComputeMaskedBits(Y, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
955       if ((KnownOne & Mask) != 0)
956         return true;
957     }
958
959     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
960     if (XKnownNonNegative && isPowerOfTwo(Y, TD, /*OrZero*/false, Depth))
961       return true;
962     if (YKnownNonNegative && isPowerOfTwo(X, TD, /*OrZero*/false, Depth))
963       return true;
964   }
965   // X * Y.
966   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
967     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
968     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
969     // does not overflow.
970     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
971         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
972       return true;
973   }
974   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
975   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
976     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
977         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
978       return true;
979   }
980
981   if (!BitWidth) return false;
982   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
983   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
984   ComputeMaskedBits(V, APInt::getAllOnesValue(BitWidth), KnownZero, KnownOne,
985                     TD, Depth);
986   return KnownOne != 0;
987 }
988
989 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
990 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
991 /// for bits that V cannot have.
992 ///
993 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
994 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
995 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
996 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
997 /// for all of the elements in the vector.
998 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
999                              const TargetData *TD, unsigned Depth) {
1000   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1001   ComputeMaskedBits(V, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1002   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?"); 
1003   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1004 }
1005
1006
1007
1008 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1009 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1010 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1011 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1012 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1013 ///
1014 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1015 ///
1016 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const TargetData *TD,
1017                                   unsigned Depth) {
1018   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1019          "ComputeNumSignBits requires a TargetData object to operate "
1020          "on non-integer values!");
1021   Type *Ty = V->getType();
1022   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1023                          Ty->getScalarSizeInBits();
1024   unsigned Tmp, Tmp2;
1025   unsigned FirstAnswer = 1;
1026
1027   // Note that ConstantInt is handled by the general ComputeMaskedBits case
1028   // below.
1029
1030   if (Depth == 6)
1031     return 1;  // Limit search depth.
1032   
1033   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1034   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1035   default: break;
1036   case Instruction::SExt:
1037     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1038     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1039     
1040   case Instruction::AShr: {
1041     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1042     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1043     const APInt *ShAmt;
1044     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1045       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1046       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1047     }
1048     return Tmp;
1049   }
1050   case Instruction::Shl: {
1051     const APInt *ShAmt;
1052     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1053       // shl destroys sign bits.
1054       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1055       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1056       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1057           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1058       return Tmp - Tmp2;
1059     }
1060     break;
1061   }
1062   case Instruction::And:
1063   case Instruction::Or:
1064   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1065     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1066     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1067     if (Tmp != 1) {
1068       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1069       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1070       // We computed what we know about the sign bits as our first
1071       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1072       // ComputeMaskedBits, and pick whichever answer is better.
1073     }
1074     break;
1075
1076   case Instruction::Select:
1077     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1078     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1079     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1080     return std::min(Tmp, Tmp2);
1081     
1082   case Instruction::Add:
1083     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1084     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1085     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1086     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1087       
1088     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1089     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1090       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1091         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1092         APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
1093         ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), Mask, KnownZero, KnownOne, TD,
1094                           Depth+1);
1095         
1096         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1097         // sign bits set.
1098         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)) == Mask)
1099           return TyBits;
1100         
1101         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1102         // out of the result.
1103         if (KnownZero.isNegative())
1104           return Tmp;
1105       }
1106       
1107     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1108     if (Tmp2 == 1) return 1;
1109     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1110     
1111   case Instruction::Sub:
1112     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1113     if (Tmp2 == 1) return 1;
1114       
1115     // Handle NEG.
1116     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1117       if (CLHS->isNullValue()) {
1118         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1119         APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
1120         ComputeMaskedBits(U->getOperand(1), Mask, KnownZero, KnownOne, 
1121                           TD, Depth+1);
1122         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1123         // sign bits set.
1124         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)) == Mask)
1125           return TyBits;
1126         
1127         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1128         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1129         if (KnownZero.isNegative())
1130           return Tmp2;
1131         
1132         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1133       }
1134     
1135     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1136     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1137     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1138     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1139     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1140       
1141   case Instruction::PHI: {
1142     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1143     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1144     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1145     
1146     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1147     // because of our depth threshold.
1148     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1149     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1150       if (Tmp == 1) return Tmp;
1151       Tmp = std::min(Tmp,
1152                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1153     }
1154     return Tmp;
1155   }
1156
1157   case Instruction::Trunc:
1158     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1159     // case for targets like X86.
1160     break;
1161   }
1162   
1163   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1164   // use this information.
1165   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1166   APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(TyBits);
1167   ComputeMaskedBits(V, Mask, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1168   
1169   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1170     Mask = KnownZero;
1171   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1172     Mask = KnownOne;
1173   } else {
1174     // Nothing known.
1175     return FirstAnswer;
1176   }
1177   
1178   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1179   // the number of identical bits in the top of the input value.
1180   Mask = ~Mask;
1181   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1182   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1183   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1184   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1185 }
1186
1187 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1188 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1189 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1190 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1191 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1192                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1193   const unsigned MaxDepth = 6;
1194
1195   assert(V && "No Value?");
1196   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1197   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1198
1199   Type *T = V->getType();
1200
1201   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1202
1203   if (Base == 0)
1204     return false;
1205     
1206   if (Base == 1) {
1207     Multiple = V;
1208     return true;
1209   }
1210
1211   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1212   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1213   if (CO && CO == BaseVal) {
1214     // Multiple is 1.
1215     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1216     return true;
1217   }
1218
1219   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1220     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1221     return true;  
1222   }
1223   
1224   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1225         
1226   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1227   if (!I) return false;
1228
1229   switch (I->getOpcode()) {
1230   default: break;
1231   case Instruction::SExt:
1232     if (!LookThroughSExt) return false;
1233     // otherwise fall through to ZExt
1234   case Instruction::ZExt:
1235     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1236                            LookThroughSExt, Depth+1);
1237   case Instruction::Shl:
1238   case Instruction::Mul: {
1239     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1240     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1241
1242     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1243       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1244       if (!Op1CI) return false;
1245       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1246       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1247       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1248       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1249       API.setBit(BitToSet);
1250       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1251     }
1252
1253     Value *Mul0 = NULL;
1254     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1255       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1256         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1257           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < 
1258               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1259             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1260           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 
1261               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1262             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1263           
1264           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1265           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1266           return true;
1267         }
1268
1269       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1270         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1271           // V == Base * Op1, so return Op1
1272           Multiple = Op1;
1273           return true;
1274         }
1275     }
1276
1277     Value *Mul1 = NULL;
1278     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1279       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1280         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1281           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() < 
1282               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1283             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1284           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > 
1285               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1286             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1287           
1288           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1289           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1290           return true;
1291         }
1292
1293       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1294         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1295           // V == Base * Op0, so return Op0
1296           Multiple = Op0;
1297           return true;
1298         }
1299     }
1300   }
1301   }
1302
1303   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1304   return false;
1305 }
1306
1307 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP 
1308 /// value is never equal to -0.0.
1309 ///
1310 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1311 /// rounding modes!
1312 ///
1313 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1314   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1315     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1316   
1317   if (Depth == 6)
1318     return 1;  // Limit search depth.
1319
1320   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1321   if (I == 0) return false;
1322   
1323   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1324   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd &&
1325       isa<ConstantFP>(I->getOperand(1)) && 
1326       cast<ConstantFP>(I->getOperand(1))->isNullValue())
1327     return true;
1328     
1329   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1330   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1331     return true;
1332   
1333   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1334     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1335     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1336       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1337   
1338   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1339     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1340       if (F->isDeclaration()) {
1341         // abs(x) != -0.0
1342         if (F->getName() == "abs") return true;
1343         // fabs[lf](x) != -0.0
1344         if (F->getName() == "fabs") return true;
1345         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1346         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1347         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1348             F->getName() == "sqrtl")
1349           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1350       }
1351     }
1352   
1353   return false;
1354 }
1355
1356 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1357 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1358 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1359 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1360 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1361 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1362   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1363   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1364
1365   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1366   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1367     if (C->isNullValue())
1368       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1369   
1370   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1371   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0. 
1372   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1373     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1374       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1375     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1376       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1377     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1378   }
1379   
1380   // We can handle constant integers that are power of two in size and a 
1381   // multiple of 8 bits.
1382   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1383     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1384     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1385       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1386       // same at all levels.
1387       APInt Val = CI->getValue();
1388       APInt Val2;
1389       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1390         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1391         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1392         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1393         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1394         
1395         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1396         if (Val != Val2)
1397           return 0;
1398       }
1399       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1400     }
1401   }
1402   
1403   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1404   // also splatable.
1405   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1406     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1407     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1408     if (!Val)
1409       return 0;
1410     
1411     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1412       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1413         return 0;
1414     
1415     return Val;
1416   }
1417
1418   // Conceptually, we could handle things like:
1419   //   %a = zext i8 %X to i16
1420   //   %b = shl i16 %a, 8
1421   //   %c = or i16 %a, %b
1422   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1423   // worth worrying about.
1424   return 0;
1425 }
1426
1427
1428 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1429 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1430 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1431 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1432 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1433 // build on that.
1434 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1435                                 SmallVector<unsigned, 10> &Idxs,
1436                                 unsigned IdxSkip,
1437                                 Instruction *InsertBefore) {
1438   llvm::StructType *STy = llvm::dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1439   if (STy) {
1440     // Save the original To argument so we can modify it
1441     Value *OrigTo = To;
1442     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1443     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1444       // Process each struct element recursively
1445       Idxs.push_back(i);
1446       Value *PrevTo = To;
1447       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1448                              InsertBefore);
1449       Idxs.pop_back();
1450       if (!To) {
1451         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1452         while (PrevTo != OrigTo) {
1453           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1454           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1455           Del->eraseFromParent();
1456         }
1457         // Stop processing elements
1458         break;
1459       }
1460     }
1461     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1462     if (To)
1463       return To;
1464   }
1465   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1466   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1467   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1468   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1469   
1470   // Find the value that is at that particular spot
1471   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1472
1473   if (!V)
1474     return NULL;
1475
1476   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1477   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1478                                        "tmp", InsertBefore);
1479 }
1480
1481 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1482 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1483 // { a, { b, { c, d }, e } }
1484 // and the indices "1, 1" this returns
1485 // { c, d }.
1486 //
1487 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1488 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1489 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1490 // insertvalue instruction somewhere).
1491 //
1492 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1493 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1494                                 Instruction *InsertBefore) {
1495   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1496   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1497                                                              idx_range);
1498   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1499   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1500   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1501
1502   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1503 }
1504
1505 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1506 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1507 /// were inserted directly into the aggregrate.
1508 ///
1509 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1510 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1511 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1512                                Instruction *InsertBefore) {
1513   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1514   // recursion).
1515   if (idx_range.empty())
1516     return V;
1517   // We have indices, so V should have an indexable type.
1518   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1519          "Not looking at a struct or array?");
1520   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1521          "Invalid indices for type?");
1522
1523   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1524     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1525     if (C == 0) return 0;
1526     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1527   }
1528     
1529   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1530     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1531     // requested indices
1532     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1533     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1534          i != e; ++i, ++req_idx) {
1535       if (req_idx == idx_range.end()) {
1536         // We can't handle this without inserting insertvalues
1537         if (!InsertBefore)
1538           return 0;
1539
1540         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1541         // this specially. For example,
1542         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1543         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1544         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1545         // This can be changed into
1546         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1547         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1548         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1549         // removed.
1550         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1551                                  InsertBefore);
1552       }
1553       
1554       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1555       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1556       // looking for, then.
1557       if (*req_idx != *i)
1558         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1559                                  InsertBefore);
1560     }
1561     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1562     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1563     // the inserted value, passing any remaining indices.
1564     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1565                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1566                              InsertBefore);
1567   }
1568   
1569   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1570     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1571     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1572     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1573    
1574     // Calculate the number of indices required 
1575     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1576     // Allocate some space to put the new indices in
1577     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1578     Idxs.reserve(size);
1579     // Add indices from the extract value instruction
1580     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1581     
1582     // Add requested indices
1583     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1584
1585     assert(Idxs.size() == size 
1586            && "Number of indices added not correct?");
1587     
1588     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1589   }
1590   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1591   // or load instruction)
1592   return 0;
1593 }
1594
1595 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1596 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1597 /// base and offset to the caller.
1598 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1599                                               const TargetData &TD) {
1600   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
1601   if (PtrOp == 0 || Ptr->getType()->isVectorTy())
1602     return Ptr;
1603   
1604   // Just look through bitcasts.
1605   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
1606     return GetPointerBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
1607   
1608   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
1609   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
1610   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
1611   
1612   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1613   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
1614        ++I, ++GTI) {
1615     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
1616     if (OpC->isZero()) continue;
1617     
1618     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
1619     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1620       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
1621     } else {
1622       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
1623       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
1624     }
1625   }
1626   
1627   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
1628   // right.
1629   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
1630   if (PtrSize < 64)
1631     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
1632   
1633   return GetPointerBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
1634 }
1635
1636
1637 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1638 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1639 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1640 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1641                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1642   assert(V);
1643
1644   // Look through bitcast instructions and geps.
1645   V = V->stripPointerCasts();
1646   
1647   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1648   // offset.
1649   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1650     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1651     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1652       return false;
1653     
1654     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1655     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1656     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1657     if (AT == 0 || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1658       return false;
1659     
1660     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1661     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1662     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1663     if (FirstIdx == 0 || !FirstIdx->isZero())
1664       return false;
1665     
1666     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1667     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1668     // the string.
1669     uint64_t StartIdx = 0;
1670     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1671       StartIdx = CI->getZExtValue();
1672     else
1673       return false;
1674     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1675   }
1676
1677   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1678   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1679   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1680   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1681   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1682     return false;
1683
1684   // Handle the all-zeros case
1685   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1686     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1687     // length of the string must be zero.
1688     Str = "";
1689     return true;
1690   }
1691   
1692   // Must be a Constant Array
1693   const ConstantDataArray *Array =
1694     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1695   if (Array == 0 || !Array->isString())
1696     return false;
1697   
1698   // Get the number of elements in the array
1699   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1700
1701   // Start out with the entire array in the StringRef.
1702   Str = Array->getAsString();
1703
1704   if (Offset > NumElts)
1705     return false;
1706   
1707   // Skip over 'offset' bytes.
1708   Str = Str.substr(Offset);
1709   
1710   if (TrimAtNul) {
1711     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1712     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1713     // some other way that the string is length-bound.
1714     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1715   }
1716   return true;
1717 }
1718
1719 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1720 // nodes.
1721 // TODO: See if we can integrate these two together.
1722
1723 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1724 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1725 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1726   // Look through noop bitcast instructions.
1727   V = V->stripPointerCasts();
1728
1729   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1730   // or we haven't.
1731   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1732     if (!PHIs.insert(PN))
1733       return ~0ULL;  // already in the set.
1734
1735     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1736     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1737     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1738       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1739       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1740
1741       if (Len == ~0ULL) continue;
1742
1743       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1744         return 0;    // Disagree -> unknown.
1745       LenSoFar = Len;
1746     }
1747
1748     // Success, all agree.
1749     return LenSoFar;
1750   }
1751
1752   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1753   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1754     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1755     if (Len1 == 0) return 0;
1756     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1757     if (Len2 == 0) return 0;
1758     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1759     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1760     if (Len1 != Len2) return 0;
1761     return Len1;
1762   }
1763   
1764   // Otherwise, see if we can read the string.
1765   StringRef StrData;
1766   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1767     return 0;
1768
1769   return StrData.size()+1;
1770 }
1771
1772 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1773 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1774 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1775   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1776
1777   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1778   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1779   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1780   // an empty string as a length.
1781   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1782 }
1783
1784 Value *
1785 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const TargetData *TD, unsigned MaxLookup) {
1786   if (!V->getType()->isPointerTy())
1787     return V;
1788   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1789     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1790       V = GEP->getPointerOperand();
1791     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1792       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1793     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1794       if (GA->mayBeOverridden())
1795         return V;
1796       V = GA->getAliasee();
1797     } else {
1798       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1799       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1800         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1801         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, 0)) {
1802           V = Simplified;
1803           continue;
1804         }
1805
1806       return V;
1807     }
1808     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1809   }
1810   return V;
1811 }
1812
1813 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1814 /// are lifetime markers.
1815 ///
1816 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1817   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
1818        UI != UE; ++UI) {
1819     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(*UI);
1820     if (!II) return false;
1821
1822     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1823         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1824       return false;
1825   }
1826   return true;
1827 }
1828
1829 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1830                                         const TargetData *TD) {
1831   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1832   if (!Inst)
1833     return false;
1834
1835   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1836     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1837       if (C->canTrap())
1838         return false;
1839
1840   switch (Inst->getOpcode()) {
1841   default:
1842     return true;
1843   case Instruction::UDiv:
1844   case Instruction::URem:
1845     // x / y is undefined if y == 0, but calcuations like x / 3 are safe.
1846     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1847   case Instruction::SDiv:
1848   case Instruction::SRem: {
1849     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1850     // x / y is undefined if y == 0
1851     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1852       return false;
1853     // x / y might be undefined if y == -1
1854     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1855     if (BitWidth == 0)
1856       return false;
1857     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1858     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1859     ComputeMaskedBits(Op, APInt::getAllOnesValue(BitWidth),
1860                       KnownZero, KnownOne, TD);
1861     return !!KnownZero;
1862   }
1863   case Instruction::Load: {
1864     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
1865     if (!LI->isUnordered())
1866       return false;
1867     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer();
1868   }
1869   case Instruction::Call: {
1870    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
1871      switch (II->getIntrinsicID()) {
1872        case Intrinsic::bswap:
1873        case Intrinsic::ctlz:
1874        case Intrinsic::ctpop:
1875        case Intrinsic::cttz:
1876        case Intrinsic::objectsize:
1877        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1878        case Intrinsic::smul_with_overflow:
1879        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1880        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1881        case Intrinsic::umul_with_overflow:
1882        case Intrinsic::usub_with_overflow:
1883          return true;
1884        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
1885        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
1886        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
1887        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
1888        default: break;
1889      }
1890    }
1891     return false; // The called function could have undefined behavior or
1892                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
1893   }
1894   case Instruction::VAArg:
1895   case Instruction::Alloca:
1896   case Instruction::Invoke:
1897   case Instruction::PHI:
1898   case Instruction::Store:
1899   case Instruction::Ret:
1900   case Instruction::Br:
1901   case Instruction::IndirectBr:
1902   case Instruction::Switch:
1903   case Instruction::Unreachable:
1904   case Instruction::Fence:
1905   case Instruction::LandingPad:
1906   case Instruction::AtomicRMW:
1907   case Instruction::AtomicCmpXchg:
1908   case Instruction::Resume:
1909     return false; // Misc instructions which have effects
1910   }
1911 }