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