Teach ComputeNumSignBits about signed divisions.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
17 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
18 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
19 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
20 #include "llvm/IR/CallSite.h"
21 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
22 #include "llvm/IR/Constants.h"
23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
24 #include "llvm/IR/Dominators.h"
25 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
26 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
27 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
28 #include "llvm/IR/Instructions.h"
29 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
30 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/IR/Metadata.h"
32 #include "llvm/IR/Operator.h"
33 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
36 #include <cstring>
37 using namespace llvm;
38 using namespace llvm::PatternMatch;
39
40 const unsigned MaxDepth = 6;
41
42 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
43 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
44 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
45   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
46     return BitWidth;
47
48   return TD ? TD->getPointerTypeSizeInBits(Ty) : 0;
49 }
50
51 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
52 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
53 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
54 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
55 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
56 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
57 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
58 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
59 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
60
61 namespace {
62 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
63 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
64 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
65 // figuring out if we can use it.
66 struct Query {
67   ExclInvsSet ExclInvs;
68   AssumptionCache *AC;
69   const Instruction *CxtI;
70   const DominatorTree *DT;
71
72   Query(AssumptionCache *AC = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
73         const DominatorTree *DT = nullptr)
74       : AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
75
76   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
77       : ExclInvs(Q.ExclInvs), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
78     ExclInvs.insert(NewExcl);
79   }
80 };
81 } // end anonymous namespace
82
83 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
84 // the preferred context instruction (if any).
85 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
86   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
87   // it has been inserted).
88   if (CxtI && CxtI->getParent())
89     return CxtI;
90
91   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
92   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
93   if (CxtI && CxtI->getParent())
94     return CxtI;
95
96   return nullptr;
97 }
98
99 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
100                             const DataLayout *TD, unsigned Depth,
101                             const Query &Q);
102
103 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
104                             const DataLayout *TD, unsigned Depth,
105                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
106                             const DominatorTree *DT) {
107   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth,
108                      Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
109 }
110
111 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
112                           const DataLayout *TD, unsigned Depth,
113                           const Query &Q);
114
115 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
116                           const DataLayout *TD, unsigned Depth,
117                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
118                           const DominatorTree *DT) {
119   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth,
120                    Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
121 }
122
123 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
124                                    const Query &Q);
125
126 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
127                                   AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
128                                   const DominatorTree *DT) {
129   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
130                                   Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
131 }
132
133 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
134                            const Query &Q);
135
136 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
137                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
138                           const DominatorTree *DT) {
139   return ::isKnownNonZero(V, TD, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
140 }
141
142 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
143                               const DataLayout *TD, unsigned Depth,
144                               const Query &Q);
145
146 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout *TD,
147                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
148                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
149   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, TD, Depth,
150                              Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
151 }
152
153 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
154                                    unsigned Depth, const Query &Q);
155
156 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
157                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
158                                   const Instruction *CxtI,
159                                   const DominatorTree *DT) {
160   return ::ComputeNumSignBits(V, TD, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
161 }
162
163 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
164                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
165                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
166                                    const DataLayout *TD, unsigned Depth,
167                                    const Query &Q) {
168   if (!Add) {
169     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
170       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
171       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
172       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
173       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
174         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
175         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
176         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
177         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
178         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
179
180         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
181         // output top bits are zero, because we now know that the output is
182         // from [0-C].
183         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
184           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
185           // Top bits known zero.
186           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
187         }
188       }
189     }
190   }
191
192   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
193
194   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
195   // corresponding bits in the operands are not needed.
196   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
197   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1, Q);
198   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
199
200   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
201   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
202   if (!Add) {
203     // Sum = LHS + ~RHS + 1
204     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
205     CarryIn.setBit(0);
206   }
207
208   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
209   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
210
211   // Compute known bits of the carry.
212   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
213   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
214
215   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
216   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
217   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
218   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
219   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
220
221   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
222          "known bits of sum differ");
223
224   // Compute known bits of the result.
225   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
226   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
227
228   // Are we still trying to solve for the sign bit?
229   if (!Known.isNegative()) {
230     if (NSW) {
231       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
232       // a non-negative one, can't wrap into negative.
233       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
234         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
235       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
236       // a negative one, can't wrap into non-negative.
237       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
238         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
239     }
240   }
241 }
242
243 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
244                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
245                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
246                                 const DataLayout *TD, unsigned Depth,
247                                 const Query &Q) {
248   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
249   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
250   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
251
252   bool isKnownNegative = false;
253   bool isKnownNonNegative = false;
254   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
255   if (NSW) {
256     if (Op0 == Op1) {
257       // The product of a number with itself is non-negative.
258       isKnownNonNegative = true;
259     } else {
260       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
261       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
262       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
263       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
264       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
265       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
266         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
267       // The product of a negative number and a non-negative number is either
268       // negative or zero.
269       if (!isKnownNonNegative)
270         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
271                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth, Q)) ||
272                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
273                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth, Q));
274     }
275   }
276
277   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
278   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
279   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
280   // interesting case of alignment computation.
281   KnownOne.clearAllBits();
282   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
283                     KnownZero2.countTrailingOnes();
284   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
285                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
286                              BitWidth) - BitWidth;
287
288   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
289   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
290   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
291               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
292
293   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
294   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
295   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
296   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
297   // whatever we like here.
298   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
299     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
300   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
301     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
302 }
303
304 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
305                                              APInt &KnownZero) {
306   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
307   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
308   assert(NumRanges >= 1);
309
310   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
311   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
312   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
313     ConstantInt *Lower =
314         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
315     ConstantInt *Upper =
316         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
317     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
318     if (Range.isWrappedSet())
319       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
320     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
321     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
322   }
323
324   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
325 }
326
327 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
328   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
329   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
330   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
331
332   while (!WorkSet.empty()) {
333     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
334     if (!Visited.insert(V).second)
335       continue;
336
337     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
338     bool FoundNEUse = false;
339     for (const User *I : V->users())
340       if (!EphValues.count(I)) {
341         FoundNEUse = true;
342         break;
343       }
344
345     if (!FoundNEUse) {
346       if (V == E)
347         return true;
348
349       EphValues.insert(V);
350       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
351         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
352              J != JE; ++J) {
353           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
354             WorkSet.push_back(*J);
355         }
356     }
357   }
358
359   return false;
360 }
361
362 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
363 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
364   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
365     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
366       switch (F->getIntrinsicID()) {
367       default: break;
368       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
369       case Intrinsic::assume:
370       case Intrinsic::dbg_declare:
371       case Intrinsic::dbg_value:
372       case Intrinsic::invariant_start:
373       case Intrinsic::invariant_end:
374       case Intrinsic::lifetime_start:
375       case Intrinsic::lifetime_end:
376       case Intrinsic::objectsize:
377       case Intrinsic::ptr_annotation:
378       case Intrinsic::var_annotation:
379         return true;
380       }
381
382   return false;
383 }
384
385 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q,
386                                     const DataLayout *DL) {
387   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
388
389   // There are two restrictions on the use of an assume:
390   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
391   //     reach the assume whenever it reaches the context).
392   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
393   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
394   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
395   //     the assume).
396
397   if (Q.DT) {
398     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
399       return true;
400     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
401       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
402       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
403       for (BasicBlock::const_iterator I =
404              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
405                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
406         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
407             !isAssumeLikeIntrinsic(I))
408           return false;
409
410       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
411     }
412
413     return false;
414   }
415
416   // When we don't have a DT, we do a limited search...
417   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
418     return true;
419   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
420     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
421     // of the block); the common case is that the assume will come first.
422     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
423          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
424       if (I == Q.CxtI)
425         return true;
426
427     // The context must come first...
428     for (BasicBlock::const_iterator I =
429            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
430                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
431       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
432           !isAssumeLikeIntrinsic(I))
433         return false;
434
435     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
436   }
437
438   return false;
439 }
440
441 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
442                                    const Instruction *CxtI,
443                                    const DataLayout *DL,
444                                    const DominatorTree *DT) {
445   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction*>(I),
446                                    Query(nullptr, CxtI, DT), DL);
447 }
448
449 template<typename LHS, typename RHS>
450 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
451                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
452 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
453   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
454 }
455
456 template<typename LHS, typename RHS>
457 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
458                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
459 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
460   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
461 }
462
463 template<typename LHS, typename RHS>
464 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
465                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
466 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
467   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
468 }
469
470 template<typename LHS, typename RHS>
471 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
472                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
473 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
474   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
475 }
476
477 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
478                                        APInt &KnownOne,
479                                        const DataLayout *DL,
480                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
481   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
482   // cannot use them!
483   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
484     return;
485
486   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
487
488   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptions()) {
489     if (!AssumeVH)
490       continue;
491     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
492     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
493            "Got assumption for the wrong function!");
494     if (Q.ExclInvs.count(I))
495       continue;
496
497     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
498     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
499     // runtime of ~O(#assumes * #values).
500
501     assert(isa<IntrinsicInst>(I) &&
502            dyn_cast<IntrinsicInst>(I)->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
503            "must be an assume intrinsic");
504     
505     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
506
507     if (Arg == V &&
508         isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
509       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
510       KnownZero.clearAllBits();
511       KnownOne.setAllBits();
512       return;
513     }
514
515     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
516     if (Depth == MaxDepth)
517       continue;
518
519     Value *A, *B;
520     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
521                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
522                            m_BitCast(m_Specific(V))));
523
524     CmpInst::Predicate Pred;
525     ConstantInt *C;
526     // assume(v = a)
527     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
528         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
529       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
530       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
531       KnownZero |= RHSKnownZero;
532       KnownOne  |= RHSKnownOne;
533     // assume(v & b = a)
534     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)),
535                                    m_Value(A))) &&
536                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
537       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
538       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
539       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
540       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
541
542       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
543       // known bits from the RHS to V.
544       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
545       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
546     // assume(~(v & b) = a)
547     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
548                                    m_Value(A))) &&
549                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
550       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
551       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
552       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
553       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
554
555       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
556       // inverted known bits from the RHS to V.
557       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
558       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
559     // assume(v | b = a)
560     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)),
561                                    m_Value(A))) &&
562                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
563       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
564       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
565       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
566       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
567
568       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
569       // bits from the RHS to V.
570       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
571       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
572     // assume(~(v | b) = a)
573     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
574                                    m_Value(A))) &&
575                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
576       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
577       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
578       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
579       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
580
581       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
582       // inverted known bits from the RHS to V.
583       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
584       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
585     // assume(v ^ b = a)
586     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)),
587                                    m_Value(A))) &&
588                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
589       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
590       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
591       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
592       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
593
594       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
595       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
596       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
597       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
598       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
599       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
600       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
601     // assume(~(v ^ b) = a)
602     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
603                                    m_Value(A))) &&
604                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
605       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
606       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
607       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
608       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
609
610       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
611       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
612       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
613       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
614       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
615       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
616       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
617     // assume(v << c = a)
618     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
619                                    m_Value(A))) &&
620                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
621       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
622       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
623       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
624       // bits in V shifted to the right by C.
625       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
626       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
627     // assume(~(v << c) = a)
628     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
629                                    m_Value(A))) &&
630                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
631       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
632       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
633       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
634       // to known bits in V shifted to the right by C.
635       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
636       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
637     // assume(v >> c = a)
638     } else if (match(Arg,
639                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
640                                                   m_AShr(m_V,
641                                                          m_ConstantInt(C))),
642                                      m_Value(A))) &&
643                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
644       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
645       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
646       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
647       // bits in V shifted to the right by C.
648       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
649       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
650     // assume(~(v >> c) = a)
651     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
652                                               m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
653                                               m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
654                                    m_Value(A))) &&
655                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
656       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
657       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
658       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
659       // to known bits in V shifted to the right by C.
660       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
661       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
662     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
663     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
664                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
665                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
666       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
667       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
668
669       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
670         // We know that the sign bit is zero.
671         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
672       }
673     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
674     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
675                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
676                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
677       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
678       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
679
680       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
681         // We know that the sign bit is zero.
682         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
683       }
684     // assume(v <=_s c) where c is negative
685     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
686                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
687                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
688       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
689       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
690
691       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
692         // We know that the sign bit is one.
693         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
694       }
695     // assume(v <_s c) where c is non-positive
696     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
697                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
698                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
699       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
700       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
701
702       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
703         // We know that the sign bit is one.
704         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
705       }
706     // assume(v <=_u c)
707     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
708                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
709                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
710       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
711       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
712
713       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
714       KnownZero |=
715         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
716     // assume(v <_u c)
717     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
718                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
719                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
720       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
721       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
722
723       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
724       // of 2, then one more).
725       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth+1, Query(Q, I)))
726         KnownZero |=
727           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
728       else
729         KnownZero |=
730           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
731     }
732   }
733 }
734
735 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
736 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
737 ///
738 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
739 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
740 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
741 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
742 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
743 /// this won't lose us code quality.
744 ///
745 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
746 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
747 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
748 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
749 /// for all of the elements in the vector.
750 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
751                       const DataLayout *TD, unsigned Depth,
752                       const Query &Q) {
753   assert(V && "No Value?");
754   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
755   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
756
757   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
758           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
759          "Not integer or pointer type!");
760   assert((!TD ||
761           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
762          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
763           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
764          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
765          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
766          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
767
768   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
769     // We know all of the bits for a constant!
770     KnownOne = CI->getValue();
771     KnownZero = ~KnownOne;
772     return;
773   }
774   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
775   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
776       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
777     KnownOne.clearAllBits();
778     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
779     return;
780   }
781   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
782   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
783   // we don't handle undef in any particularly useful way.
784   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
785     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
786     // each element.
787     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
788     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
789     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
790       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
791       KnownZero &= ~Elt;
792       KnownOne &= Elt;
793     }
794     return;
795   }
796
797   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
798   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
799     unsigned Align = GO->getAlignment();
800     if (Align == 0 && TD) {
801       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
802         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
803         if (ObjectType->isSized()) {
804           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
805           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
806           // may only have the minimum ABI alignment.
807           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
808             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
809           else
810             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
811         }
812       }
813     }
814     if (Align > 0)
815       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
816                                        countTrailingZeros(Align));
817     else
818       KnownZero.clearAllBits();
819     KnownOne.clearAllBits();
820     return;
821   }
822
823   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
824     unsigned Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
825
826     if (!Align && TD && A->hasStructRetAttr()) {
827       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
828       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
829       if (EltTy->isSized())
830         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
831     }
832
833     if (Align)
834       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
835     else
836       KnownZero.clearAllBits();
837     KnownOne.clearAllBits();
838
839     // Don't give up yet... there might be an assumption that provides more
840     // information...
841     computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
842     return;
843   }
844
845   // Start out not knowing anything.
846   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
847
848   // Limit search depth.
849   // All recursive calls that increase depth must come after this.
850   if (Depth == MaxDepth)
851     return;  
852
853   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
854   // the bits of its aliasee.
855   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
856     if (!GA->mayBeOverridden())
857       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth + 1, Q);
858     return;
859   }
860
861   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
862   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
863
864   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
865   if (!I) return;
866
867   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
868   switch (I->getOpcode()) {
869   default: break;
870   case Instruction::Load:
871     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
872       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
873     break;
874   case Instruction::And: {
875     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
876     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
877     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
878
879     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
880     KnownOne &= KnownOne2;
881     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
882     KnownZero |= KnownZero2;
883     break;
884   }
885   case Instruction::Or: {
886     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
887     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
888
889     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
890     KnownZero &= KnownZero2;
891     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
892     KnownOne |= KnownOne2;
893     break;
894   }
895   case Instruction::Xor: {
896     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
897     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
898
899     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
900     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
901     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
902     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
903     KnownZero = KnownZeroOut;
904     break;
905   }
906   case Instruction::Mul: {
907     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
908     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
909                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
910                          Depth, Q);
911     break;
912   }
913   case Instruction::UDiv: {
914     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
915     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
916     // be less than the denominator.
917     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
918     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
919
920     KnownOne2.clearAllBits();
921     KnownZero2.clearAllBits();
922     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
923     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
924     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
925       LeadZ = std::min(BitWidth,
926                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
927
928     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
929     break;
930   }
931   case Instruction::Select:
932     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
933     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
934
935     // Only known if known in both the LHS and RHS.
936     KnownOne &= KnownOne2;
937     KnownZero &= KnownZero2;
938     break;
939   case Instruction::FPTrunc:
940   case Instruction::FPExt:
941   case Instruction::FPToUI:
942   case Instruction::FPToSI:
943   case Instruction::SIToFP:
944   case Instruction::UIToFP:
945     break; // Can't work with floating point.
946   case Instruction::PtrToInt:
947   case Instruction::IntToPtr:
948   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
949     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
950     if (!TD) break;
951     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
952   case Instruction::ZExt:
953   case Instruction::Trunc: {
954     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
955
956     unsigned SrcBitWidth;
957     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
958     // which fall through here.
959     if(TD) {
960       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
961     } else {
962       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
963       if (!SrcBitWidth) break;
964     }
965
966     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
967     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
968     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
969     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
970     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
971     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
972     // Any top bits are known to be zero.
973     if (BitWidth > SrcBitWidth)
974       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
975     break;
976   }
977   case Instruction::BitCast: {
978     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
979     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
980         // TODO: For now, not handling conversions like:
981         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
982         !I->getType()->isVectorTy()) {
983       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
984       break;
985     }
986     break;
987   }
988   case Instruction::SExt: {
989     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
990     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
991
992     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
993     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
994     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
995     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
996     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
997
998     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
999     // top bits of the result.
1000     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1001       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1002     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1003       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1004     break;
1005   }
1006   case Instruction::Shl:
1007     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1008     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1009       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1010       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1011       KnownZero <<= ShiftAmt;
1012       KnownOne  <<= ShiftAmt;
1013       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
1014     }
1015     break;
1016   case Instruction::LShr:
1017     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1018     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1019       // Compute the new bits that are at the top now.
1020       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1021
1022       // Unsigned shift right.
1023       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1024       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1025       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1026       // high bits known zero.
1027       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1028     }
1029     break;
1030   case Instruction::AShr:
1031     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1032     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1033       // Compute the new bits that are at the top now.
1034       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
1035
1036       // Signed shift right.
1037       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1038       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1039       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1040
1041       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
1042       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
1043         KnownZero |= HighBits;
1044       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
1045         KnownOne |= HighBits;
1046     }
1047     break;
1048   case Instruction::Sub: {
1049     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1050     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1051                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
1052                             Depth, Q);
1053     break;
1054   }
1055   case Instruction::Add: {
1056     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1057     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1058                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
1059                             Depth, Q);
1060     break;
1061   }
1062   case Instruction::SRem:
1063     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1064       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1065       if (RA.isPowerOf2()) {
1066         APInt LowBits = RA - 1;
1067         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD,
1068                          Depth+1, Q);
1069
1070         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1071         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1072         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1073
1074         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1075         // the upper bits are all zero.
1076         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1077           KnownZero |= ~LowBits;
1078
1079         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1080         // the upper bits are all one.
1081         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1082           KnownOne |= ~LowBits;
1083
1084         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1085       }
1086     }
1087
1088     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1089     // remainder is zero.
1090     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1091       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1092       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
1093                        Depth+1, Q);
1094       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1095       if (LHSKnownZero.isNegative())
1096         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1097     }
1098
1099     break;
1100   case Instruction::URem: {
1101     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1102       APInt RA = Rem->getValue();
1103       if (RA.isPowerOf2()) {
1104         APInt LowBits = (RA - 1);
1105         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
1106                          Depth+1, Q);
1107         KnownZero |= ~LowBits;
1108         KnownOne &= LowBits;
1109         break;
1110       }
1111     }
1112
1113     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1114     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1115     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1116     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
1117
1118     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1119                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1120     KnownOne.clearAllBits();
1121     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1122     break;
1123   }
1124
1125   case Instruction::Alloca: {
1126     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
1127     unsigned Align = AI->getAlignment();
1128     if (Align == 0 && TD)
1129       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1130
1131     if (Align > 0)
1132       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1133     break;
1134   }
1135   case Instruction::GetElementPtr: {
1136     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1137     // to determine if we can prove known low zero bits.
1138     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1139     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
1140                      Depth+1, Q);
1141     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1142
1143     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1144     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1145       Value *Index = I->getOperand(i);
1146       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1147         // Handle struct member offset arithmetic.
1148         if (!TD) {
1149           TrailZ = 0;
1150           break;
1151         }
1152
1153         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1154         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1155         if (CIndex->isZeroValue())
1156           continue;
1157
1158         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1159           Index = CIndex->getSplatValue();
1160
1161         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1162         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
1163         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1164         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1165                                     countTrailingZeros(Offset));
1166       } else {
1167         // Handle array index arithmetic.
1168         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1169         if (!IndexedTy->isSized()) {
1170           TrailZ = 0;
1171           break;
1172         }
1173         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1174         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
1175         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1176         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1, Q);
1177         TrailZ = std::min(TrailZ,
1178                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1179                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1180       }
1181     }
1182
1183     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1184     break;
1185   }
1186   case Instruction::PHI: {
1187     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1188     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1189     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1190     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1191     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1192       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1193         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1194         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1195         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1196         if (!LU)
1197           continue;
1198         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1199         // Check for operations that have the property that if
1200         // both their operands have low zero bits, the result
1201         // will have low zero bits.
1202         if (Opcode == Instruction::Add ||
1203             Opcode == Instruction::Sub ||
1204             Opcode == Instruction::And ||
1205             Opcode == Instruction::Or ||
1206             Opcode == Instruction::Mul) {
1207           Value *LL = LU->getOperand(0);
1208           Value *LR = LU->getOperand(1);
1209           // Find a recurrence.
1210           if (LL == I)
1211             L = LR;
1212           else if (LR == I)
1213             L = LL;
1214           else
1215             break;
1216           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1217           // zero bits.
1218           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
1219
1220           // We need to take the minimum number of known bits
1221           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1222           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1, Q);
1223
1224           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1225                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1226                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1227           break;
1228         }
1229       }
1230     }
1231
1232     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1233     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1234       break;
1235
1236     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1237     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1238     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1239       // Skip if every incoming value references to ourself.
1240       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1241         break;
1242
1243       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1244       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1245       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1246         // Skip direct self references.
1247         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
1248
1249         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1250         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1251         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1252         // want to waste time spinning around in loops.
1253         computeKnownBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
1254                          MaxDepth-1, Q);
1255         KnownZero &= KnownZero2;
1256         KnownOne &= KnownOne2;
1257         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1258         // more operands.
1259         if (!KnownZero && !KnownOne)
1260           break;
1261       }
1262     }
1263     break;
1264   }
1265   case Instruction::Call:
1266   case Instruction::Invoke:
1267     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1268       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
1269     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1270     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1271     // the intrinsic.
1272     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1273       switch (II->getIntrinsicID()) {
1274       default: break;
1275       case Intrinsic::ctlz:
1276       case Intrinsic::cttz: {
1277         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1278         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1279         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1280           LowBits -= 1;
1281         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1282         break;
1283       }
1284       case Intrinsic::ctpop: {
1285         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1286         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1287         break;
1288       }
1289       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1290         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1291         break;
1292       }
1293     }
1294     break;
1295   case Instruction::ExtractValue:
1296     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1297       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1298       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1299       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1300         switch (II->getIntrinsicID()) {
1301         default: break;
1302         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1303         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1304           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1305                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1306                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1307           break;
1308         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1309         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1310           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1311                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1312                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1313           break;
1314         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1315         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1316           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
1317                               false, KnownZero, KnownOne,
1318                               KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1319           break;
1320         }
1321       }
1322     }
1323   }
1324
1325   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1326 }
1327
1328 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1329 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1330 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1331                     const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1332                     const Query &Q) {
1333   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
1334   if (!BitWidth) {
1335     KnownZero = false;
1336     KnownOne = false;
1337     return;
1338   }
1339   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1340   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1341   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth, Q);
1342   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1343   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1344 }
1345
1346 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1347 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1348 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1349 /// types and vectors of integers.
1350 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1351                             const Query &Q) {
1352   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1353     if (C->isNullValue())
1354       return OrZero;
1355     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1356       return CI->getValue().isPowerOf2();
1357     // TODO: Handle vector constants.
1358   }
1359
1360   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1361   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1362   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1363     return true;
1364
1365   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1366   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1367   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1368     return true;
1369
1370   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1371   if (Depth++ == MaxDepth)
1372     return false;
1373
1374   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1375   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
1376   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1377                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
1378     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth, Q);
1379
1380   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1381     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1382
1383   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1384     return
1385       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1386       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1387
1388   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1389     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1390     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth, Q) ||
1391         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth, Q))
1392       return true;
1393     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1394     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1395       return true;
1396     return false;
1397   }
1398
1399   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1400   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1401   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1402     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1403     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1404       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1405           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1406         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1407           return true;
1408       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1409           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1410         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1411           return true;
1412
1413       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1414       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1415       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, nullptr, Depth, Q);
1416
1417       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1418       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, nullptr, Depth, Q);
1419       // If i8 V is a power of two or zero:
1420       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1421       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1422       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1423         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1424         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1425         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1426           return true;
1427     }
1428   }
1429
1430   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1431   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1432   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1433   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1434       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1435     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1436                                   Depth, Q);
1437   }
1438
1439   return false;
1440 }
1441
1442 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1443 ///
1444 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1445 /// to be non-null.
1446 ///
1447 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1448 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
1449                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1450   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1451     return false;
1452
1453   // FIXME: Support vector-GEPs.
1454   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1455
1456   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1457   // inbounds GEP in address space zero.
1458   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1459     return true;
1460
1461   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
1462   if (!DL)
1463     return false;
1464
1465   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1466   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1467   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1468   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1469        GTI != GTE; ++GTI) {
1470     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1471     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1472       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1473       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1474       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
1475       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1476       if (ElementOffset > 0)
1477         return true;
1478       continue;
1479     }
1480
1481     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1482     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1483       continue;
1484
1485     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1486     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1487     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1488       if (!OpC->isZero())
1489         return true;
1490       continue;
1491     }
1492
1493     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1494     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1495     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1496     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1497     // of depth.
1498     if (Depth++ >= MaxDepth)
1499       continue;
1500
1501     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1502       return true;
1503   }
1504
1505   return false;
1506 }
1507
1508 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1509 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1510 /// is the type of the value described by the range.
1511 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1512                                        const APInt& Value) {
1513   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1514   assert(NumRanges >= 1);
1515   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1516     ConstantInt *Lower =
1517         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1518     ConstantInt *Upper =
1519         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1520     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1521     if (Range.contains(Value))
1522       return false;
1523   }
1524   return true;
1525 }
1526
1527 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1528 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1529 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1530 /// integers.
1531 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1532                     const Query &Q) {
1533   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1534     if (C->isNullValue())
1535       return false;
1536     if (isa<ConstantInt>(C))
1537       // Must be non-zero due to null test above.
1538       return true;
1539     // TODO: Handle vectors
1540     return false;
1541   }
1542
1543   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1544     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1545       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1546       // definitely non-zero.
1547       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1548         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1549         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1550           return true;
1551       }
1552     }
1553   }
1554
1555   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1556   if (Depth++ >= MaxDepth)
1557     return false;
1558
1559   // Check for pointer simplifications.
1560   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1561     if (isKnownNonNull(V))
1562       return true; 
1563     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1564       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth, Q))
1565         return true;
1566   }
1567
1568   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
1569
1570   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1571   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1572   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1573     return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) ||
1574            isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q);
1575
1576   // ext X != 0 if X != 0.
1577   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1578     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth, Q);
1579
1580   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1581   // if the lowest bit is shifted off the end.
1582   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1583     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1584     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1585     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1586       return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1587
1588     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1589     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1590     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1591     if (KnownOne[0])
1592       return true;
1593   }
1594   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1595   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1596   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1597     // shr exact can only shift out zero bits.
1598     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1599     if (BO->isExact())
1600       return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1601
1602     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1603     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth, Q);
1604     if (XKnownNegative)
1605       return true;
1606   }
1607   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1608   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1609     return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1610   }
1611   // X + Y.
1612   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1613     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1614     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1615     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth, Q);
1616     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth, Q);
1617
1618     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1619     // zero unless both X and Y are zero.
1620     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1621       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) ||
1622           isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q))
1623         return true;
1624
1625     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1626     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1627     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1628       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1629       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1630       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1631       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1632       // to INT_MIN.
1633       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1634       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1635         return true;
1636       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1637       // to INT_MIN.
1638       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1639       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1640         return true;
1641     }
1642
1643     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1644     if (XKnownNonNegative &&
1645         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth, Q))
1646       return true;
1647     if (YKnownNonNegative &&
1648         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth, Q))
1649       return true;
1650   }
1651   // X * Y.
1652   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1653     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1654     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1655     // does not overflow.
1656     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1657         isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) &&
1658         isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q))
1659       return true;
1660   }
1661   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1662   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1663     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth, Q) &&
1664         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth, Q))
1665       return true;
1666   }
1667
1668   if (!BitWidth) return false;
1669   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1670   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1671   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1672   return KnownOne != 0;
1673 }
1674
1675 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
1676 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
1677 /// cannot have.
1678 ///
1679 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1680 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1681 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1682 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1683 /// for all of the elements in the vector.
1684 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1685                        const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1686                        const Query &Q) {
1687   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1688   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1689   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1690 }
1691
1692
1693
1694 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
1695 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
1696 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
1697 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
1698 /// other, so we return 3.
1699 ///
1700 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1701 ///
1702 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1703                             unsigned Depth, const Query &Q) {
1704   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1705          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1706          "on non-integer values!");
1707   Type *Ty = V->getType();
1708   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1709                          Ty->getScalarSizeInBits();
1710   unsigned Tmp, Tmp2;
1711   unsigned FirstAnswer = 1;
1712
1713   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
1714   // below.
1715
1716   if (Depth == 6)
1717     return 1;  // Limit search depth.
1718
1719   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1720   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1721   default: break;
1722   case Instruction::SExt:
1723     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1724     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q) + Tmp;
1725
1726   case Instruction::SDiv:
1727     const APInt *Denominator;
1728     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
1729     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
1730
1731       // Ignore non-positive denominator.
1732       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
1733         break;
1734
1735       // Calculate the incoming numerator bits.
1736       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1737
1738       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
1739       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
1740     }
1741     break;
1742
1743   case Instruction::AShr: {
1744     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1745     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1746     const APInt *ShAmt;
1747     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1748       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1749       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1750     }
1751     return Tmp;
1752   }
1753   case Instruction::Shl: {
1754     const APInt *ShAmt;
1755     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1756       // shl destroys sign bits.
1757       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1758       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1759       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1760           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1761       return Tmp - Tmp2;
1762     }
1763     break;
1764   }
1765   case Instruction::And:
1766   case Instruction::Or:
1767   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1768     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1769     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1770     if (Tmp != 1) {
1771       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1772       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1773       // We computed what we know about the sign bits as our first
1774       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1775       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
1776     }
1777     break;
1778
1779   case Instruction::Select:
1780     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1781     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1782     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1, Q);
1783     return std::min(Tmp, Tmp2);
1784
1785   case Instruction::Add:
1786     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1787     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1788     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1789     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1790
1791     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1792     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
1793       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1794         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1795         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1796
1797         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1798         // sign bits set.
1799         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1800           return TyBits;
1801
1802         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1803         // out of the result.
1804         if (KnownZero.isNegative())
1805           return Tmp;
1806       }
1807
1808     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1809     if (Tmp2 == 1) return 1;
1810     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1811
1812   case Instruction::Sub:
1813     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1814     if (Tmp2 == 1) return 1;
1815
1816     // Handle NEG.
1817     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
1818       if (CLHS->isNullValue()) {
1819         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1820         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1821         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1822         // sign bits set.
1823         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1824           return TyBits;
1825
1826         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1827         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1828         if (KnownZero.isNegative())
1829           return Tmp2;
1830
1831         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1832       }
1833
1834     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1835     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1836     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1837     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1838     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1839
1840   case Instruction::PHI: {
1841     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1842     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
1843     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1844     if (NumIncomingValues > 4) break;
1845     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1846     if (NumIncomingValues == 0) break;
1847
1848     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1849     // because of our depth threshold.
1850     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1, Q);
1851     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
1852       if (Tmp == 1) return Tmp;
1853       Tmp = std::min(Tmp,
1854                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD,
1855                                         Depth+1, Q));
1856     }
1857     return Tmp;
1858   }
1859
1860   case Instruction::Trunc:
1861     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1862     // case for targets like X86.
1863     break;
1864   }
1865
1866   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1867   // use this information.
1868   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1869   APInt Mask;
1870   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1871
1872   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1873     Mask = KnownZero;
1874   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1875     Mask = KnownOne;
1876   } else {
1877     // Nothing known.
1878     return FirstAnswer;
1879   }
1880
1881   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1882   // the number of identical bits in the top of the input value.
1883   Mask = ~Mask;
1884   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1885   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1886   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1887   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1888 }
1889
1890 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
1891 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
1892 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
1893 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1894 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1895                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1896   const unsigned MaxDepth = 6;
1897
1898   assert(V && "No Value?");
1899   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1900   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1901
1902   Type *T = V->getType();
1903
1904   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1905
1906   if (Base == 0)
1907     return false;
1908
1909   if (Base == 1) {
1910     Multiple = V;
1911     return true;
1912   }
1913
1914   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1915   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1916   if (CO && CO == BaseVal) {
1917     // Multiple is 1.
1918     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1919     return true;
1920   }
1921
1922   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1923     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1924     return true;
1925   }
1926
1927   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1928
1929   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1930   if (!I) return false;
1931
1932   switch (I->getOpcode()) {
1933   default: break;
1934   case Instruction::SExt:
1935     if (!LookThroughSExt) return false;
1936     // otherwise fall through to ZExt
1937   case Instruction::ZExt:
1938     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1939                            LookThroughSExt, Depth+1);
1940   case Instruction::Shl:
1941   case Instruction::Mul: {
1942     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1943     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1944
1945     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1946       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1947       if (!Op1CI) return false;
1948       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1949       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1950       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1951       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1952       API.setBit(BitToSet);
1953       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1954     }
1955
1956     Value *Mul0 = nullptr;
1957     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1958       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1959         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1960           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1961               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1962             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1963           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1964               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1965             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1966
1967           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1968           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1969           return true;
1970         }
1971
1972       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1973         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1974           // V == Base * Op1, so return Op1
1975           Multiple = Op1;
1976           return true;
1977         }
1978     }
1979
1980     Value *Mul1 = nullptr;
1981     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1982       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1983         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1984           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1985               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1986             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1987           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1988               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1989             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1990
1991           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1992           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1993           return true;
1994         }
1995
1996       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1997         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1998           // V == Base * Op0, so return Op0
1999           Multiple = Op0;
2000           return true;
2001         }
2002     }
2003   }
2004   }
2005
2006   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2007   return false;
2008 }
2009
2010 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2011 /// -0.0.
2012 ///
2013 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2014 /// rounding modes!
2015 ///
2016 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2017   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2018     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2019
2020   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2021   // used similarly in CannotBeOrderedLessThanZero(). A better fix may be to
2022   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2023   if (Depth == 6)
2024     return false;  // Limit search depth.
2025
2026   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2027   if (!I) return false;
2028
2029   // Check if the nsz fast-math flag is set
2030   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2031     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2032       return true;
2033
2034   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2035   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2036     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2037       if (CFP->isNullValue())
2038         return true;
2039
2040   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2041   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2042     return true;
2043
2044   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2045     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2046     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2047       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2048
2049   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2050     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2051       if (F->isDeclaration()) {
2052         // abs(x) != -0.0
2053         if (F->getName() == "abs") return true;
2054         // fabs[lf](x) != -0.0
2055         if (F->getName() == "fabs") return true;
2056         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2057         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2058         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2059             F->getName() == "sqrtl")
2060           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2061       }
2062     }
2063
2064   return false;
2065 }
2066
2067 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2068   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2069     return !CFP->getValueAPF().isNegative() || CFP->getValueAPF().isZero();
2070
2071   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2072   // used similarly in CannotBeNegativeZero(). A better fix may be to
2073   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2074   if (Depth == 6)
2075     return false;  // Limit search depth.
2076
2077   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2078   if (!I) return false;
2079
2080   switch (I->getOpcode()) {
2081   default: break;
2082   case Instruction::FMul:
2083     // x*x is always non-negative or a NaN.
2084     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1)) 
2085       return true;
2086     // Fall through
2087   case Instruction::FAdd:
2088   case Instruction::FDiv:
2089   case Instruction::FRem:
2090     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1) &&
2091            CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(1), Depth+1);
2092   case Instruction::FPExt:
2093   case Instruction::FPTrunc:
2094     // Widening/narrowing never change sign.
2095     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2096   case Instruction::Call: 
2097     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) 
2098       switch (II->getIntrinsicID()) {
2099       default: break;
2100       case Intrinsic::exp:
2101       case Intrinsic::exp2:
2102       case Intrinsic::fabs:
2103       case Intrinsic::sqrt:
2104         return true;
2105       case Intrinsic::powi: 
2106         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2107           // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2108           if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2109             return true;
2110         }
2111         return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2112       case Intrinsic::fma:
2113       case Intrinsic::fmuladd:
2114         // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2115         return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) && 
2116                CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(2), Depth+1);
2117       }
2118     break;
2119   }
2120   return false; 
2121 }
2122
2123 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2124 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2125 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2126 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2127 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2128 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2129   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2130   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2131
2132   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2133   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2134     if (C->isNullValue())
2135       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2136
2137   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2138   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2139   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2140     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2141       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2142     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2143       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2144     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2145   }
2146
2147   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2148   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2149     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2150       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2151
2152       // We can check that all bytes of an integer are equal by making use of a
2153       // little trick: rotate by 8 and check if it's still the same value.
2154       if (CI->getValue() != CI->getValue().rotl(8))
2155         return nullptr;
2156       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2157     }
2158   }
2159
2160   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2161   // also splatable.
2162   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2163     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2164     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2165     if (!Val)
2166       return nullptr;
2167
2168     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2169       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2170         return nullptr;
2171
2172     return Val;
2173   }
2174
2175   // Conceptually, we could handle things like:
2176   //   %a = zext i8 %X to i16
2177   //   %b = shl i16 %a, 8
2178   //   %c = or i16 %a, %b
2179   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2180   // worth worrying about.
2181   return nullptr;
2182 }
2183
2184
2185 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2186 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2187 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2188 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2189 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2190 // build on that.
2191 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2192                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2193                                 unsigned IdxSkip,
2194                                 Instruction *InsertBefore) {
2195   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2196   if (STy) {
2197     // Save the original To argument so we can modify it
2198     Value *OrigTo = To;
2199     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2200     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2201       // Process each struct element recursively
2202       Idxs.push_back(i);
2203       Value *PrevTo = To;
2204       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2205                              InsertBefore);
2206       Idxs.pop_back();
2207       if (!To) {
2208         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2209         while (PrevTo != OrigTo) {
2210           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2211           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2212           Del->eraseFromParent();
2213         }
2214         // Stop processing elements
2215         break;
2216       }
2217     }
2218     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2219     if (To)
2220       return To;
2221   }
2222   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2223   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2224   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2225   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2226
2227   // Find the value that is at that particular spot
2228   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2229
2230   if (!V)
2231     return nullptr;
2232
2233   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2234   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2235                                        "tmp", InsertBefore);
2236 }
2237
2238 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2239 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2240 // { a, { b, { c, d }, e } }
2241 // and the indices "1, 1" this returns
2242 // { c, d }.
2243 //
2244 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2245 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2246 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2247 // insertvalue instruction somewhere).
2248 //
2249 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2250 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2251                                 Instruction *InsertBefore) {
2252   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2253   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2254                                                              idx_range);
2255   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2256   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2257   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2258
2259   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2260 }
2261
2262 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2263 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2264 /// were inserted directly into the aggregrate.
2265 ///
2266 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2267 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2268 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2269                                Instruction *InsertBefore) {
2270   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2271   // recursion).
2272   if (idx_range.empty())
2273     return V;
2274   // We have indices, so V should have an indexable type.
2275   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2276          "Not looking at a struct or array?");
2277   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2278          "Invalid indices for type?");
2279
2280   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2281     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2282     if (!C) return nullptr;
2283     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2284   }
2285
2286   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2287     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2288     // requested indices
2289     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2290     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2291          i != e; ++i, ++req_idx) {
2292       if (req_idx == idx_range.end()) {
2293         // We can't handle this without inserting insertvalues
2294         if (!InsertBefore)
2295           return nullptr;
2296
2297         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2298         // this specially. For example,
2299         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2300         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2301         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2302         // This can be changed into
2303         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2304         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2305         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2306         // removed.
2307         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2308                                  InsertBefore);
2309       }
2310
2311       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2312       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
2313       // looking for, then.
2314       if (*req_idx != *i)
2315         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2316                                  InsertBefore);
2317     }
2318     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2319     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2320     // the inserted value, passing any remaining indices.
2321     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2322                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2323                              InsertBefore);
2324   }
2325
2326   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2327     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
2328     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2329     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2330
2331     // Calculate the number of indices required
2332     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2333     // Allocate some space to put the new indices in
2334     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2335     Idxs.reserve(size);
2336     // Add indices from the extract value instruction
2337     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2338
2339     // Add requested indices
2340     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2341
2342     assert(Idxs.size() == size
2343            && "Number of indices added not correct?");
2344
2345     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2346   }
2347   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2348   // or load instruction)
2349   return nullptr;
2350 }
2351
2352 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2353 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2354 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2355                                               const DataLayout *DL) {
2356   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
2357   // the widest we support.
2358   unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()) : 64;
2359   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2360   while (1) {
2361     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2362       break;
2363
2364     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2365       if (DL) {
2366         APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2367         if (!GEP->accumulateConstantOffset(*DL, GEPOffset))
2368           break;
2369
2370         ByteOffset += GEPOffset;
2371       }
2372
2373       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2374     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2375                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2376       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2377     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2378       if (GA->mayBeOverridden())
2379         break;
2380       Ptr = GA->getAliasee();
2381     } else {
2382       break;
2383     }
2384   }
2385   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2386   return Ptr;
2387 }
2388
2389
2390 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2391 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2392 /// If unsuccessful, it returns false.
2393 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2394                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2395   assert(V);
2396
2397   // Look through bitcast instructions and geps.
2398   V = V->stripPointerCasts();
2399
2400   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
2401   // offset.
2402   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2403     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2404     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2405       return false;
2406
2407     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2408     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2409     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2410     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2411       return false;
2412
2413     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2414     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2415     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2416     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2417       return false;
2418
2419     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2420     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2421     // the string.
2422     uint64_t StartIdx = 0;
2423     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2424       StartIdx = CI->getZExtValue();
2425     else
2426       return false;
2427     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
2428   }
2429
2430   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2431   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2432   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2433   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2434   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2435     return false;
2436
2437   // Handle the all-zeros case
2438   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2439     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2440     // length of the string must be zero.
2441     Str = "";
2442     return true;
2443   }
2444
2445   // Must be a Constant Array
2446   const ConstantDataArray *Array =
2447     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2448   if (!Array || !Array->isString())
2449     return false;
2450
2451   // Get the number of elements in the array
2452   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2453
2454   // Start out with the entire array in the StringRef.
2455   Str = Array->getAsString();
2456
2457   if (Offset > NumElts)
2458     return false;
2459
2460   // Skip over 'offset' bytes.
2461   Str = Str.substr(Offset);
2462
2463   if (TrimAtNul) {
2464     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2465     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2466     // some other way that the string is length-bound.
2467     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2468   }
2469   return true;
2470 }
2471
2472 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2473 // nodes.
2474 // TODO: See if we can integrate these two together.
2475
2476 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2477 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2478 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2479   // Look through noop bitcast instructions.
2480   V = V->stripPointerCasts();
2481
2482   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2483   // or we haven't.
2484   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2485     if (!PHIs.insert(PN).second)
2486       return ~0ULL;  // already in the set.
2487
2488     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2489     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2490     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2491       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
2492       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2493
2494       if (Len == ~0ULL) continue;
2495
2496       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2497         return 0;    // Disagree -> unknown.
2498       LenSoFar = Len;
2499     }
2500
2501     // Success, all agree.
2502     return LenSoFar;
2503   }
2504
2505   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2506   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2507     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2508     if (Len1 == 0) return 0;
2509     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2510     if (Len2 == 0) return 0;
2511     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2512     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2513     if (Len1 != Len2) return 0;
2514     return Len1;
2515   }
2516
2517   // Otherwise, see if we can read the string.
2518   StringRef StrData;
2519   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2520     return 0;
2521
2522   return StrData.size()+1;
2523 }
2524
2525 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2526 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2527 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
2528   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
2529
2530   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
2531   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
2532   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
2533   // an empty string as a length.
2534   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
2535 }
2536
2537 Value *
2538 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
2539   if (!V->getType()->isPointerTy())
2540     return V;
2541   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
2542     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2543       V = GEP->getPointerOperand();
2544     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
2545                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2546       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
2547     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
2548       if (GA->mayBeOverridden())
2549         return V;
2550       V = GA->getAliasee();
2551     } else {
2552       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
2553       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2554         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
2555         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, nullptr)) {
2556           V = Simplified;
2557           continue;
2558         }
2559
2560       return V;
2561     }
2562     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
2563   }
2564   return V;
2565 }
2566
2567 void
2568 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
2569                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
2570                            const DataLayout *TD,
2571                            unsigned MaxLookup) {
2572   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
2573   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
2574   Worklist.push_back(V);
2575   do {
2576     Value *P = Worklist.pop_back_val();
2577     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
2578
2579     if (!Visited.insert(P).second)
2580       continue;
2581
2582     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
2583       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
2584       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
2585       continue;
2586     }
2587
2588     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
2589       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2590         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
2591       continue;
2592     }
2593
2594     Objects.push_back(P);
2595   } while (!Worklist.empty());
2596 }
2597
2598 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
2599 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
2600   for (const User *U : V->users()) {
2601     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
2602     if (!II) return false;
2603
2604     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2605         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2606       return false;
2607   }
2608   return true;
2609 }
2610
2611 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
2612                                         const DataLayout *TD) {
2613   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
2614   if (!Inst)
2615     return false;
2616
2617   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
2618     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
2619       if (C->canTrap())
2620         return false;
2621
2622   switch (Inst->getOpcode()) {
2623   default:
2624     return true;
2625   case Instruction::UDiv:
2626   case Instruction::URem: {
2627     // x / y is undefined if y == 0.
2628     const APInt *V;
2629     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
2630       return *V != 0;
2631     return false;
2632   }
2633   case Instruction::SDiv:
2634   case Instruction::SRem: {
2635     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
2636     const APInt *Numerator, *Denominator;
2637     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
2638       return false;
2639     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
2640     if (*Denominator == 0)
2641       return false;
2642     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
2643     if (*Denominator != -1)
2644       return true;
2645     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
2646     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
2647     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
2648       return !Numerator->isMinSignedValue();
2649     // The numerator *might* be MinSignedValue.
2650     return false;
2651   }
2652   case Instruction::Load: {
2653     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
2654     if (!LI->isUnordered() ||
2655         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
2656         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread))
2657       return false;
2658     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer(TD);
2659   }
2660   case Instruction::Call: {
2661     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
2662       switch (II->getIntrinsicID()) {
2663       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
2664       // information about their operands.
2665       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
2666       // should be considered at least *safe* to speculate...
2667       case Intrinsic::dbg_declare:
2668       case Intrinsic::dbg_value:
2669         return true;
2670
2671       case Intrinsic::bswap:
2672       case Intrinsic::ctlz:
2673       case Intrinsic::ctpop:
2674       case Intrinsic::cttz:
2675       case Intrinsic::objectsize:
2676       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2677       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2678       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2679       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2680       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2681       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2682         return true;
2683       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
2684       // errno like libm sqrt would.
2685       case Intrinsic::sqrt:
2686       case Intrinsic::fma:
2687       case Intrinsic::fmuladd:
2688       case Intrinsic::fabs:
2689       case Intrinsic::minnum:
2690       case Intrinsic::maxnum:
2691         return true;
2692       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2693       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2694       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2695       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2696       default: break;
2697       }
2698     }
2699     return false; // The called function could have undefined behavior or
2700                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2701   }
2702   case Instruction::VAArg:
2703   case Instruction::Alloca:
2704   case Instruction::Invoke:
2705   case Instruction::PHI:
2706   case Instruction::Store:
2707   case Instruction::Ret:
2708   case Instruction::Br:
2709   case Instruction::IndirectBr:
2710   case Instruction::Switch:
2711   case Instruction::Unreachable:
2712   case Instruction::Fence:
2713   case Instruction::LandingPad:
2714   case Instruction::AtomicRMW:
2715   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2716   case Instruction::Resume:
2717     return false; // Misc instructions which have effects
2718   }
2719 }
2720
2721 /// Return true if we know that the specified value is never null.
2722 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2723   // Alloca never returns null, malloc might.
2724   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2725
2726   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
2727   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2728     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
2729
2730   // Global values are not null unless extern weak.
2731   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2732     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2733
2734   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
2735   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2736     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
2737
2738   if (ImmutableCallSite CS = V)
2739     if (CS.isReturnNonNull())
2740       return true;
2741
2742   // operator new never returns null.
2743   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
2744     return true;
2745
2746   return false;
2747 }
2748
2749 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
2750                                                    const DataLayout *DL,
2751                                                    AssumptionCache *AC,
2752                                                    const Instruction *CxtI,
2753                                                    const DominatorTree *DT) {
2754   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
2755   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
2756   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
2757   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
2758   // we can guarantee that the result does not overflow.
2759   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
2760   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
2761   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
2762   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
2763   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
2764   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
2765   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
2766                    DT);
2767   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
2768                    DT);
2769   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
2770   // conservative answer.
2771   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
2772                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
2773   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
2774   // definitely no overflow.
2775   if (ZeroBits >= BitWidth)
2776     return OverflowResult::NeverOverflows;
2777
2778   // Get the largest possible values for each operand.
2779   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
2780   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
2781
2782   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
2783   // each operand will not overflow after we multiply them together.
2784   bool MaxOverflow;
2785   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
2786   if (!MaxOverflow)
2787     return OverflowResult::NeverOverflows;
2788
2789   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
2790   // the operands also results in overflow.
2791   bool MinOverflow;
2792   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
2793   if (MinOverflow)
2794     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
2795
2796   return OverflowResult::MayOverflow;
2797 }
2798
2799 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
2800                                                    const DataLayout *DL,
2801                                                    AssumptionCache *AC,
2802                                                    const Instruction *CxtI,
2803                                                    const DominatorTree *DT) {
2804   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
2805   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
2806                  AC, CxtI, DT);
2807   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
2808     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
2809     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
2810                    AC, CxtI, DT);
2811
2812     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
2813       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
2814       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
2815       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
2816     }
2817
2818     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
2819       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
2820       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
2821       return OverflowResult::NeverOverflows;
2822     }
2823   }
2824
2825   return OverflowResult::MayOverflow;
2826 }