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