ValueTracking: ComputeNumSignBits should tolerate misshapen phi nodes
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
19 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
20 #include "llvm/IR/CallSite.h"
21 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
22 #include "llvm/IR/Constants.h"
23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
24 #include "llvm/IR/Dominators.h"
25 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
26 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
27 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
28 #include "llvm/IR/Instructions.h"
29 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
30 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
31 #include "llvm/IR/Metadata.h"
32 #include "llvm/IR/Operator.h"
33 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
36 #include <cstring>
37 using namespace llvm;
38 using namespace llvm::PatternMatch;
39
40 const unsigned MaxDepth = 6;
41
42 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
43 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
44 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
45   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
46     return BitWidth;
47
48   return TD ? TD->getPointerTypeSizeInBits(Ty) : 0;
49 }
50
51 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
52 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
53 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
54 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
55 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
56 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
57 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
58 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
59 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
60
61 namespace {
62 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
63 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
64 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
65 // figuring out if we can use it.
66 struct Query {
67   ExclInvsSet ExclInvs;
68   AssumptionTracker *AT;
69   const Instruction *CxtI;
70   const DominatorTree *DT;
71
72   Query(AssumptionTracker *AT = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
73         const DominatorTree *DT = nullptr)
74     : AT(AT), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
75
76   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
77     : ExclInvs(Q.ExclInvs), AT(Q.AT), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
78     ExclInvs.insert(NewExcl);
79   }
80 };
81 } // end anonymous namespace
82
83 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
84 // the preferred context instruction (if any).
85 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
86   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
87   // it has been inserted).
88   if (CxtI && CxtI->getParent())
89     return CxtI;
90
91   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
92   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
93   if (CxtI && CxtI->getParent())
94     return CxtI;
95
96   return nullptr;
97 }
98
99 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
100                             const DataLayout *TD, unsigned Depth,
101                             const Query &Q);
102
103 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
104                             const DataLayout *TD, unsigned Depth,
105                             AssumptionTracker *AT, const Instruction *CxtI,
106                             const DominatorTree *DT) {
107   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth,
108                      Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
109 }
110
111 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
112                           const DataLayout *TD, unsigned Depth,
113                           const Query &Q);
114
115 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
116                           const DataLayout *TD, unsigned Depth,
117                           AssumptionTracker *AT, const Instruction *CxtI,
118                           const DominatorTree *DT) {
119   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth,
120                    Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
121 }
122
123 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
124                                    const Query &Q);
125
126 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
127                                   AssumptionTracker *AT,
128                                   const Instruction *CxtI,
129                                   const DominatorTree *DT) {
130   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
131                                   Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
132 }
133
134 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
135                            const Query &Q);
136
137 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
138                           AssumptionTracker *AT, const Instruction *CxtI,
139                           const DominatorTree *DT) {
140   return ::isKnownNonZero(V, TD, Depth, Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
141 }
142
143 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
144                               const DataLayout *TD, unsigned Depth,
145                               const Query &Q);
146
147 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
148                              const DataLayout *TD, unsigned Depth,
149                              AssumptionTracker *AT, const Instruction *CxtI,
150                              const DominatorTree *DT) {
151   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, TD, Depth,
152                              Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
153 }
154
155 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
156                                    unsigned Depth, const Query &Q);
157
158 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
159                                   unsigned Depth, AssumptionTracker *AT,
160                                   const Instruction *CxtI,
161                                   const DominatorTree *DT) {
162   return ::ComputeNumSignBits(V, TD, Depth, Query(AT, safeCxtI(V, CxtI), DT));
163 }
164
165 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
166                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
167                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
168                                    const DataLayout *TD, unsigned Depth,
169                                    const Query &Q) {
170   if (!Add) {
171     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
172       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
173       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
174       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
175       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
176         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
177         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
178         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
179         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
180         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
181
182         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
183         // output top bits are zero, because we now know that the output is
184         // from [0-C].
185         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
186           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
187           // Top bits known zero.
188           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
189         }
190       }
191     }
192   }
193
194   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
195
196   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
197   // corresponding bits in the operands are not needed.
198   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
199   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1, Q);
200   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
201
202   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
203   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
204   if (!Add) {
205     // Sum = LHS + ~RHS + 1
206     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
207     CarryIn.setBit(0);
208   }
209
210   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
211   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
212
213   // Compute known bits of the carry.
214   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
215   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
216
217   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
218   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
219   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
220   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
221   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
222
223   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
224          "known bits of sum differ");
225
226   // Compute known bits of the result.
227   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
228   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
229
230   // Are we still trying to solve for the sign bit?
231   if (!Known.isNegative()) {
232     if (NSW) {
233       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
234       // a non-negative one, can't wrap into negative.
235       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
236         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
237       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
238       // a negative one, can't wrap into non-negative.
239       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
240         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
241     }
242   }
243 }
244
245 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
246                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
247                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
248                                 const DataLayout *TD, unsigned Depth,
249                                 const Query &Q) {
250   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
251   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
252   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
253
254   bool isKnownNegative = false;
255   bool isKnownNonNegative = false;
256   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
257   if (NSW) {
258     if (Op0 == Op1) {
259       // The product of a number with itself is non-negative.
260       isKnownNonNegative = true;
261     } else {
262       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
263       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
264       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
265       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
266       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
267       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
268         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
269       // The product of a negative number and a non-negative number is either
270       // negative or zero.
271       if (!isKnownNonNegative)
272         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
273                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth, Q)) ||
274                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
275                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth, Q));
276     }
277   }
278
279   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
280   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
281   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
282   // interesting case of alignment computation.
283   KnownOne.clearAllBits();
284   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
285                     KnownZero2.countTrailingOnes();
286   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
287                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
288                              BitWidth) - BitWidth;
289
290   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
291   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
292   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
293               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
294
295   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
296   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
297   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
298   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
299   // whatever we like here.
300   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
301     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
302   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
303     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
304 }
305
306 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
307                                              APInt &KnownZero) {
308   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
309   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
310   assert(NumRanges >= 1);
311
312   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
313   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
314   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
315     ConstantInt *Lower =
316         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
317     ConstantInt *Upper =
318         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
319     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
320     if (Range.isWrappedSet())
321       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
322     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
323     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
324   }
325
326   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
327 }
328
329 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
330   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
331   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
332   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
333
334   while (!WorkSet.empty()) {
335     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
336     if (!Visited.insert(V).second)
337       continue;
338
339     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
340     bool FoundNEUse = false;
341     for (const User *I : V->users())
342       if (!EphValues.count(I)) {
343         FoundNEUse = true;
344         break;
345       }
346
347     if (!FoundNEUse) {
348       if (V == E)
349         return true;
350
351       EphValues.insert(V);
352       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
353         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
354              J != JE; ++J) {
355           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
356             WorkSet.push_back(*J);
357         }
358     }
359   }
360
361   return false;
362 }
363
364 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
365 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
366   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
367     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
368       switch (F->getIntrinsicID()) {
369       default: break;
370       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
371       case Intrinsic::assume:
372       case Intrinsic::dbg_declare:
373       case Intrinsic::dbg_value:
374       case Intrinsic::invariant_start:
375       case Intrinsic::invariant_end:
376       case Intrinsic::lifetime_start:
377       case Intrinsic::lifetime_end:
378       case Intrinsic::objectsize:
379       case Intrinsic::ptr_annotation:
380       case Intrinsic::var_annotation:
381         return true;
382       }
383
384   return false;
385 }
386
387 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q,
388                                     const DataLayout *DL) {
389   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
390
391   // There are two restrictions on the use of an assume:
392   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
393   //     reach the assume whenever it reaches the context).
394   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
395   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
396   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
397   //     the assume).
398
399   if (Q.DT) {
400     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
401       return true;
402     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
403       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
404       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
405       for (BasicBlock::const_iterator I =
406              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
407                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
408         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
409             !isAssumeLikeIntrinsic(I))
410           return false;
411
412       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
413     }
414
415     return false;
416   }
417
418   // When we don't have a DT, we do a limited search...
419   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
420     return true;
421   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
422     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
423     // of the block); the common case is that the assume will come first.
424     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
425          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
426       if (I == Q.CxtI)
427         return true;
428
429     // The context must come first...
430     for (BasicBlock::const_iterator I =
431            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
432                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
433       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
434           !isAssumeLikeIntrinsic(I))
435         return false;
436
437     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
438   }
439
440   return false;
441 }
442
443 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
444                                    const Instruction *CxtI,
445                                    const DataLayout *DL,
446                                    const DominatorTree *DT) {
447   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction*>(I),
448                                    Query(nullptr, CxtI, DT), DL);
449 }
450
451 template<typename LHS, typename RHS>
452 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
453                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
454 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
455   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
456 }
457
458 template<typename LHS, typename RHS>
459 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
460                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
461 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
462   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
463 }
464
465 template<typename LHS, typename RHS>
466 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
467                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
468 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
469   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
470 }
471
472 template<typename LHS, typename RHS>
473 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
474                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
475 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
476   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
477 }
478
479 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
480                                        APInt &KnownOne,
481                                        const DataLayout *DL,
482                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
483   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
484   // cannot use them!
485   if (!Q.AT || !Q.CxtI)
486     return;
487
488   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
489
490   Function *F = const_cast<Function*>(Q.CxtI->getParent()->getParent());
491   for (auto &CI : Q.AT->assumptions(F)) {
492     CallInst *I = CI;
493     if (Q.ExclInvs.count(I))
494       continue;
495
496     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
497     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
498     // runtime of ~O(#assumes * #values).
499
500     assert(isa<IntrinsicInst>(I) &&
501            dyn_cast<IntrinsicInst>(I)->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
502            "must be an assume intrinsic");
503     
504     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
505
506     if (Arg == V &&
507         isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
508       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
509       KnownZero.clearAllBits();
510       KnownOne.setAllBits();
511       return;
512     }
513
514     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
515     if (Depth == MaxDepth)
516       continue;
517
518     Value *A, *B;
519     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
520                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
521                            m_BitCast(m_Specific(V))));
522
523     CmpInst::Predicate Pred;
524     ConstantInt *C;
525     // assume(v = a)
526     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
527         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
528       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
529       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
530       KnownZero |= RHSKnownZero;
531       KnownOne  |= RHSKnownOne;
532     // assume(v & b = a)
533     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)),
534                                    m_Value(A))) &&
535                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
536       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
537       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
538       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
539       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
540
541       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
542       // known bits from the RHS to V.
543       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
544       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
545     // assume(~(v & b) = a)
546     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
547                                    m_Value(A))) &&
548                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
549       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
550       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
551       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
552       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
553
554       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
555       // inverted known bits from the RHS to V.
556       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
557       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
558     // assume(v | b = a)
559     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)),
560                                    m_Value(A))) &&
561                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
562       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
563       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
564       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
565       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
566
567       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
568       // bits from the RHS to V.
569       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
570       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
571     // assume(~(v | b) = a)
572     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
573                                    m_Value(A))) &&
574                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
575       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
576       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
577       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
578       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
579
580       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
581       // inverted known bits from the RHS to V.
582       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
583       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
584     // assume(v ^ b = a)
585     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)),
586                                    m_Value(A))) &&
587                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
588       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
589       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
590       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
591       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
592
593       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
594       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
595       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
596       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
597       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
598       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
599       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
600     // assume(~(v ^ b) = a)
601     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
602                                    m_Value(A))) &&
603                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
604       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
605       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
606       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
607       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
608
609       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
610       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
611       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
612       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
613       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
614       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
615       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
616     // assume(v << c = a)
617     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
618                                    m_Value(A))) &&
619                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
620       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
621       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
622       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
623       // bits in V shifted to the right by C.
624       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
625       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
626     // assume(~(v << c) = a)
627     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
628                                    m_Value(A))) &&
629                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
630       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
631       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
632       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
633       // to known bits in V shifted to the right by C.
634       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
635       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
636     // assume(v >> c = a)
637     } else if (match(Arg,
638                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
639                                                   m_AShr(m_V,
640                                                          m_ConstantInt(C))),
641                                      m_Value(A))) &&
642                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
643       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
644       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
645       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
646       // bits in V shifted to the right by C.
647       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
648       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
649     // assume(~(v >> c) = a)
650     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
651                                               m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
652                                               m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
653                                    m_Value(A))) &&
654                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
655       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
656       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
657       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
658       // to known bits in V shifted to the right by C.
659       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
660       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
661     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
662     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
663                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE &&
664                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
665       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
666       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
667
668       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
669         // We know that the sign bit is zero.
670         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
671       }
672     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
673     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
674                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT &&
675                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
676       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
677       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
678
679       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
680         // We know that the sign bit is zero.
681         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
682       }
683     // assume(v <=_s c) where c is negative
684     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
685                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE &&
686                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
687       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
688       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
689
690       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
691         // We know that the sign bit is one.
692         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
693       }
694     // assume(v <_s c) where c is non-positive
695     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
696                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT &&
697                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
698       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
699       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
700
701       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
702         // We know that the sign bit is one.
703         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
704       }
705     // assume(v <=_u c)
706     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
707                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE &&
708                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
709       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
710       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
711
712       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
713       KnownZero |=
714         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
715     // assume(v <_u c)
716     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
717                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT &&
718                isValidAssumeForContext(I, Q, DL)) {
719       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
720       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
721
722       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
723       // of 2, then one more).
724       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth+1, Query(Q, I)))
725         KnownZero |=
726           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
727       else
728         KnownZero |=
729           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
730     }
731   }
732 }
733
734 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
735 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
736 ///
737 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
738 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
739 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
740 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
741 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
742 /// this won't lose us code quality.
743 ///
744 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
745 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
746 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
747 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
748 /// for all of the elements in the vector.
749 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
750                       const DataLayout *TD, unsigned Depth,
751                       const Query &Q) {
752   assert(V && "No Value?");
753   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
754   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
755
756   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
757           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
758          "Not integer or pointer type!");
759   assert((!TD ||
760           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
761          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
762           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
763          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
764          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
765          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
766
767   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
768     // We know all of the bits for a constant!
769     KnownOne = CI->getValue();
770     KnownZero = ~KnownOne;
771     return;
772   }
773   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
774   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
775       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
776     KnownOne.clearAllBits();
777     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
778     return;
779   }
780   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
781   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
782   // we don't handle undef in any particularly useful way.
783   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
784     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
785     // each element.
786     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
787     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
788     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
789       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
790       KnownZero &= ~Elt;
791       KnownOne &= Elt;
792     }
793     return;
794   }
795
796   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
797   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
798     unsigned Align = GO->getAlignment();
799     if (Align == 0 && TD) {
800       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
801         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
802         if (ObjectType->isSized()) {
803           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
804           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
805           // may only have the minimum ABI alignment.
806           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
807             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
808           else
809             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
810         }
811       }
812     }
813     if (Align > 0)
814       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
815                                        countTrailingZeros(Align));
816     else
817       KnownZero.clearAllBits();
818     KnownOne.clearAllBits();
819     return;
820   }
821
822   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
823     unsigned Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
824
825     if (!Align && TD && A->hasStructRetAttr()) {
826       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
827       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
828       if (EltTy->isSized())
829         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
830     }
831
832     if (Align)
833       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
834     else
835       KnownZero.clearAllBits();
836     KnownOne.clearAllBits();
837
838     // Don't give up yet... there might be an assumption that provides more
839     // information...
840     computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
841     return;
842   }
843
844   // Start out not knowing anything.
845   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
846
847   // Limit search depth.
848   // All recursive calls that increase depth must come after this.
849   if (Depth == MaxDepth)
850     return;  
851
852   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
853   // the bits of its aliasee.
854   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
855     if (!GA->mayBeOverridden())
856       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth + 1, Q);
857     return;
858   }
859
860   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
861   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
862
863   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
864   if (!I) return;
865
866   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
867   switch (I->getOpcode()) {
868   default: break;
869   case Instruction::Load:
870     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
871       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
872     break;
873   case Instruction::And: {
874     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
875     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
876     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
877
878     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
879     KnownOne &= KnownOne2;
880     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
881     KnownZero |= KnownZero2;
882     break;
883   }
884   case Instruction::Or: {
885     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
886     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
887
888     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
889     KnownZero &= KnownZero2;
890     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
891     KnownOne |= KnownOne2;
892     break;
893   }
894   case Instruction::Xor: {
895     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
896     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
897
898     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
899     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
900     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
901     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
902     KnownZero = KnownZeroOut;
903     break;
904   }
905   case Instruction::Mul: {
906     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
907     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
908                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
909                          Depth, Q);
910     break;
911   }
912   case Instruction::UDiv: {
913     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
914     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
915     // be less than the denominator.
916     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
917     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
918
919     KnownOne2.clearAllBits();
920     KnownZero2.clearAllBits();
921     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
922     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
923     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
924       LeadZ = std::min(BitWidth,
925                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
926
927     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
928     break;
929   }
930   case Instruction::Select:
931     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
932     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
933
934     // Only known if known in both the LHS and RHS.
935     KnownOne &= KnownOne2;
936     KnownZero &= KnownZero2;
937     break;
938   case Instruction::FPTrunc:
939   case Instruction::FPExt:
940   case Instruction::FPToUI:
941   case Instruction::FPToSI:
942   case Instruction::SIToFP:
943   case Instruction::UIToFP:
944     break; // Can't work with floating point.
945   case Instruction::PtrToInt:
946   case Instruction::IntToPtr:
947   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
948     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
949     if (!TD) break;
950     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
951   case Instruction::ZExt:
952   case Instruction::Trunc: {
953     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
954
955     unsigned SrcBitWidth;
956     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
957     // which fall through here.
958     if(TD) {
959       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
960     } else {
961       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
962       if (!SrcBitWidth) break;
963     }
964
965     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
966     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
967     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
968     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
969     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
970     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
971     // Any top bits are known to be zero.
972     if (BitWidth > SrcBitWidth)
973       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
974     break;
975   }
976   case Instruction::BitCast: {
977     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
978     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
979         // TODO: For now, not handling conversions like:
980         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
981         !I->getType()->isVectorTy()) {
982       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
983       break;
984     }
985     break;
986   }
987   case Instruction::SExt: {
988     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
989     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
990
991     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
992     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
993     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
994     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
995     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
996
997     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
998     // top bits of the result.
999     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1000       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1001     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1002       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1003     break;
1004   }
1005   case Instruction::Shl:
1006     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1007     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1008       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1009       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1010       KnownZero <<= ShiftAmt;
1011       KnownOne  <<= ShiftAmt;
1012       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
1013     }
1014     break;
1015   case Instruction::LShr:
1016     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1017     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1018       // Compute the new bits that are at the top now.
1019       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
1020
1021       // Unsigned shift right.
1022       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1023       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1024       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1025       // high bits known zero.
1026       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1027     }
1028     break;
1029   case Instruction::AShr:
1030     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1031     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1032       // Compute the new bits that are at the top now.
1033       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
1034
1035       // Signed shift right.
1036       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1037       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
1038       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1039
1040       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
1041       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
1042         KnownZero |= HighBits;
1043       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
1044         KnownOne |= HighBits;
1045     }
1046     break;
1047   case Instruction::Sub: {
1048     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1049     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1050                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
1051                             Depth, Q);
1052     break;
1053   }
1054   case Instruction::Add: {
1055     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1056     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1057                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
1058                             Depth, Q);
1059     break;
1060   }
1061   case Instruction::SRem:
1062     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1063       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1064       if (RA.isPowerOf2()) {
1065         APInt LowBits = RA - 1;
1066         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD,
1067                          Depth+1, Q);
1068
1069         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1070         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1071         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1072
1073         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1074         // the upper bits are all zero.
1075         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1076           KnownZero |= ~LowBits;
1077
1078         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1079         // the upper bits are all one.
1080         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1081           KnownOne |= ~LowBits;
1082
1083         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1084       }
1085     }
1086
1087     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1088     // remainder is zero.
1089     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1090       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1091       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
1092                        Depth+1, Q);
1093       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1094       if (LHSKnownZero.isNegative())
1095         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1096     }
1097
1098     break;
1099   case Instruction::URem: {
1100     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1101       APInt RA = Rem->getValue();
1102       if (RA.isPowerOf2()) {
1103         APInt LowBits = (RA - 1);
1104         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
1105                          Depth+1, Q);
1106         KnownZero |= ~LowBits;
1107         KnownOne &= LowBits;
1108         break;
1109       }
1110     }
1111
1112     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1113     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1114     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1115     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
1116
1117     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1118                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1119     KnownOne.clearAllBits();
1120     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1121     break;
1122   }
1123
1124   case Instruction::Alloca: {
1125     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
1126     unsigned Align = AI->getAlignment();
1127     if (Align == 0 && TD)
1128       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1129
1130     if (Align > 0)
1131       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1132     break;
1133   }
1134   case Instruction::GetElementPtr: {
1135     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1136     // to determine if we can prove known low zero bits.
1137     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1138     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
1139                      Depth+1, Q);
1140     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1141
1142     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1143     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1144       Value *Index = I->getOperand(i);
1145       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1146         // Handle struct member offset arithmetic.
1147         if (!TD) {
1148           TrailZ = 0;
1149           break;
1150         }
1151
1152         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1153         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1154         if (CIndex->isZeroValue())
1155           continue;
1156
1157         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1158           Index = CIndex->getSplatValue();
1159
1160         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1161         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
1162         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1163         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1164                                     countTrailingZeros(Offset));
1165       } else {
1166         // Handle array index arithmetic.
1167         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1168         if (!IndexedTy->isSized()) {
1169           TrailZ = 0;
1170           break;
1171         }
1172         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1173         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
1174         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1175         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1, Q);
1176         TrailZ = std::min(TrailZ,
1177                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1178                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1179       }
1180     }
1181
1182     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1183     break;
1184   }
1185   case Instruction::PHI: {
1186     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1187     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1188     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1189     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1190     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1191       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1192         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1193         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1194         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1195         if (!LU)
1196           continue;
1197         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1198         // Check for operations that have the property that if
1199         // both their operands have low zero bits, the result
1200         // will have low zero bits.
1201         if (Opcode == Instruction::Add ||
1202             Opcode == Instruction::Sub ||
1203             Opcode == Instruction::And ||
1204             Opcode == Instruction::Or ||
1205             Opcode == Instruction::Mul) {
1206           Value *LL = LU->getOperand(0);
1207           Value *LR = LU->getOperand(1);
1208           // Find a recurrence.
1209           if (LL == I)
1210             L = LR;
1211           else if (LR == I)
1212             L = LL;
1213           else
1214             break;
1215           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1216           // zero bits.
1217           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1, Q);
1218
1219           // We need to take the minimum number of known bits
1220           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1221           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1, Q);
1222
1223           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1224                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1225                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1226           break;
1227         }
1228       }
1229     }
1230
1231     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1232     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1233       break;
1234
1235     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1236     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1237     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1238       // Skip if every incoming value references to ourself.
1239       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1240         break;
1241
1242       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1243       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1244       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1245         // Skip direct self references.
1246         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
1247
1248         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1249         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1250         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1251         // want to waste time spinning around in loops.
1252         computeKnownBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
1253                          MaxDepth-1, Q);
1254         KnownZero &= KnownZero2;
1255         KnownOne &= KnownOne2;
1256         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1257         // more operands.
1258         if (!KnownZero && !KnownOne)
1259           break;
1260       }
1261     }
1262     break;
1263   }
1264   case Instruction::Call:
1265   case Instruction::Invoke:
1266     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1267       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
1268     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1269     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1270     // the intrinsic.
1271     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1272       switch (II->getIntrinsicID()) {
1273       default: break;
1274       case Intrinsic::ctlz:
1275       case Intrinsic::cttz: {
1276         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1277         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1278         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1279           LowBits -= 1;
1280         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1281         break;
1282       }
1283       case Intrinsic::ctpop: {
1284         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1285         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1286         break;
1287       }
1288       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1289         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1290         break;
1291       }
1292     }
1293     break;
1294   case Instruction::ExtractValue:
1295     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1296       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1297       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1298       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1299         switch (II->getIntrinsicID()) {
1300         default: break;
1301         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1302         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1303           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1304                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1305                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1306           break;
1307         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1308         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1309           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1310                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1311                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1312           break;
1313         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1314         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1315           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
1316                               false, KnownZero, KnownOne,
1317                               KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth, Q);
1318           break;
1319         }
1320       }
1321     }
1322   }
1323
1324   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1325 }
1326
1327 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1328 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1329 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1330                     const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1331                     const Query &Q) {
1332   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
1333   if (!BitWidth) {
1334     KnownZero = false;
1335     KnownOne = false;
1336     return;
1337   }
1338   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1339   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1340   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth, Q);
1341   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1342   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1343 }
1344
1345 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1346 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1347 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1348 /// types and vectors of integers.
1349 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1350                             const Query &Q) {
1351   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1352     if (C->isNullValue())
1353       return OrZero;
1354     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1355       return CI->getValue().isPowerOf2();
1356     // TODO: Handle vector constants.
1357   }
1358
1359   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1360   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1361   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1362     return true;
1363
1364   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1365   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1366   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1367     return true;
1368
1369   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1370   if (Depth++ == MaxDepth)
1371     return false;
1372
1373   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1374   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
1375   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1376                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
1377     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth, Q);
1378
1379   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1380     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q);
1381
1382   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1383     return
1384       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q) &&
1385       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q);
1386
1387   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1388     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1389     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth, Q) ||
1390         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth, Q))
1391       return true;
1392     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1393     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1394       return true;
1395     return false;
1396   }
1397
1398   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1399   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1400   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1401     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1402     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1403       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1404           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1405         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q))
1406           return true;
1407       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1408           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1409         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q))
1410           return true;
1411
1412       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1413       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1414       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, nullptr, Depth, Q);
1415
1416       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1417       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, nullptr, Depth, Q);
1418       // If i8 V is a power of two or zero:
1419       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1420       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1421       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1422         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1423         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1424         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1425           return true;
1426     }
1427   }
1428
1429   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1430   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1431   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1432   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1433       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1434     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1435                                   Depth, Q);
1436   }
1437
1438   return false;
1439 }
1440
1441 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1442 ///
1443 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1444 /// to be non-null.
1445 ///
1446 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1447 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
1448                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1449   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1450     return false;
1451
1452   // FIXME: Support vector-GEPs.
1453   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1454
1455   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1456   // inbounds GEP in address space zero.
1457   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1458     return true;
1459
1460   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
1461   if (!DL)
1462     return false;
1463
1464   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1465   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1466   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1467   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1468        GTI != GTE; ++GTI) {
1469     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1470     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1471       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1472       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1473       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
1474       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1475       if (ElementOffset > 0)
1476         return true;
1477       continue;
1478     }
1479
1480     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1481     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1482       continue;
1483
1484     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1485     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1486     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1487       if (!OpC->isZero())
1488         return true;
1489       continue;
1490     }
1491
1492     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1493     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1494     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1495     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1496     // of depth.
1497     if (Depth++ >= MaxDepth)
1498       continue;
1499
1500     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1501       return true;
1502   }
1503
1504   return false;
1505 }
1506
1507 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1508 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1509 /// is the type of the value described by the range.
1510 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1511                                        const APInt& Value) {
1512   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1513   assert(NumRanges >= 1);
1514   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1515     ConstantInt *Lower =
1516         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1517     ConstantInt *Upper =
1518         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1519     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1520     if (Range.contains(Value))
1521       return false;
1522   }
1523   return true;
1524 }
1525
1526 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1527 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1528 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1529 /// integers.
1530 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1531                     const Query &Q) {
1532   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1533     if (C->isNullValue())
1534       return false;
1535     if (isa<ConstantInt>(C))
1536       // Must be non-zero due to null test above.
1537       return true;
1538     // TODO: Handle vectors
1539     return false;
1540   }
1541
1542   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1543     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1544       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1545       // definitely non-zero.
1546       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1547         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1548         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1549           return true;
1550       }
1551     }
1552   }
1553
1554   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1555   if (Depth++ >= MaxDepth)
1556     return false;
1557
1558   // Check for pointer simplifications.
1559   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1560     if (isKnownNonNull(V))
1561       return true; 
1562     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1563       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth, Q))
1564         return true;
1565   }
1566
1567   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
1568
1569   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1570   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1571   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1572     return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) ||
1573            isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q);
1574
1575   // ext X != 0 if X != 0.
1576   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1577     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth, Q);
1578
1579   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1580   // if the lowest bit is shifted off the end.
1581   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1582     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1583     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1584     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1585       return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1586
1587     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1588     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1589     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1590     if (KnownOne[0])
1591       return true;
1592   }
1593   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1594   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1595   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1596     // shr exact can only shift out zero bits.
1597     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1598     if (BO->isExact())
1599       return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1600
1601     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1602     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth, Q);
1603     if (XKnownNegative)
1604       return true;
1605   }
1606   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1607   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1608     return isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q);
1609   }
1610   // X + Y.
1611   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1612     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1613     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1614     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth, Q);
1615     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth, Q);
1616
1617     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1618     // zero unless both X and Y are zero.
1619     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1620       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) ||
1621           isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q))
1622         return true;
1623
1624     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1625     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1626     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1627       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1628       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1629       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1630       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1631       // to INT_MIN.
1632       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1633       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1634         return true;
1635       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1636       // to INT_MIN.
1637       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1638       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1639         return true;
1640     }
1641
1642     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1643     if (XKnownNonNegative &&
1644         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth, Q))
1645       return true;
1646     if (YKnownNonNegative &&
1647         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth, Q))
1648       return true;
1649   }
1650   // X * Y.
1651   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1652     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1653     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1654     // does not overflow.
1655     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1656         isKnownNonZero(X, TD, Depth, Q) &&
1657         isKnownNonZero(Y, TD, Depth, Q))
1658       return true;
1659   }
1660   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1661   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1662     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth, Q) &&
1663         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth, Q))
1664       return true;
1665   }
1666
1667   if (!BitWidth) return false;
1668   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1669   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1670   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1671   return KnownOne != 0;
1672 }
1673
1674 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
1675 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
1676 /// cannot have.
1677 ///
1678 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1679 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1680 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1681 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1682 /// for all of the elements in the vector.
1683 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1684                        const DataLayout *TD, unsigned Depth,
1685                        const Query &Q) {
1686   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1687   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1688   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1689 }
1690
1691
1692
1693 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
1694 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
1695 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
1696 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
1697 /// other, so we return 3.
1698 ///
1699 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1700 ///
1701 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1702                             unsigned Depth, const Query &Q) {
1703   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1704          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1705          "on non-integer values!");
1706   Type *Ty = V->getType();
1707   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1708                          Ty->getScalarSizeInBits();
1709   unsigned Tmp, Tmp2;
1710   unsigned FirstAnswer = 1;
1711
1712   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
1713   // below.
1714
1715   if (Depth == 6)
1716     return 1;  // Limit search depth.
1717
1718   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1719   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1720   default: break;
1721   case Instruction::SExt:
1722     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1723     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q) + Tmp;
1724
1725   case Instruction::AShr: {
1726     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1727     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1728     const APInt *ShAmt;
1729     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1730       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1731       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1732     }
1733     return Tmp;
1734   }
1735   case Instruction::Shl: {
1736     const APInt *ShAmt;
1737     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1738       // shl destroys sign bits.
1739       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1740       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1741       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1742           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1743       return Tmp - Tmp2;
1744     }
1745     break;
1746   }
1747   case Instruction::And:
1748   case Instruction::Or:
1749   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1750     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1751     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1752     if (Tmp != 1) {
1753       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1754       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1755       // We computed what we know about the sign bits as our first
1756       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1757       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
1758     }
1759     break;
1760
1761   case Instruction::Select:
1762     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1763     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1764     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1, Q);
1765     return std::min(Tmp, Tmp2);
1766
1767   case Instruction::Add:
1768     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1769     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1770     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1771     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1772
1773     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1774     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
1775       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1776         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1777         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1778
1779         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1780         // sign bits set.
1781         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1782           return TyBits;
1783
1784         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1785         // out of the result.
1786         if (KnownZero.isNegative())
1787           return Tmp;
1788       }
1789
1790     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1791     if (Tmp2 == 1) return 1;
1792     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1793
1794   case Instruction::Sub:
1795     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1, Q);
1796     if (Tmp2 == 1) return 1;
1797
1798     // Handle NEG.
1799     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
1800       if (CLHS->isNullValue()) {
1801         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1802         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1, Q);
1803         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1804         // sign bits set.
1805         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1806           return TyBits;
1807
1808         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1809         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1810         if (KnownZero.isNegative())
1811           return Tmp2;
1812
1813         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1814       }
1815
1816     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1817     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1818     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1, Q);
1819     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1820     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1821
1822   case Instruction::PHI: {
1823     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1824     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
1825     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1826     if (NumIncomingValues > 4) break;
1827     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1828     if (NumIncomingValues == 0) break;
1829
1830     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1831     // because of our depth threshold.
1832     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1, Q);
1833     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
1834       if (Tmp == 1) return Tmp;
1835       Tmp = std::min(Tmp,
1836                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD,
1837                                         Depth+1, Q));
1838     }
1839     return Tmp;
1840   }
1841
1842   case Instruction::Trunc:
1843     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1844     // case for targets like X86.
1845     break;
1846   }
1847
1848   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1849   // use this information.
1850   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1851   APInt Mask;
1852   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth, Q);
1853
1854   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1855     Mask = KnownZero;
1856   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1857     Mask = KnownOne;
1858   } else {
1859     // Nothing known.
1860     return FirstAnswer;
1861   }
1862
1863   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1864   // the number of identical bits in the top of the input value.
1865   Mask = ~Mask;
1866   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1867   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1868   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1869   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1870 }
1871
1872 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
1873 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
1874 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
1875 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1876 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1877                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1878   const unsigned MaxDepth = 6;
1879
1880   assert(V && "No Value?");
1881   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1882   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1883
1884   Type *T = V->getType();
1885
1886   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1887
1888   if (Base == 0)
1889     return false;
1890
1891   if (Base == 1) {
1892     Multiple = V;
1893     return true;
1894   }
1895
1896   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1897   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1898   if (CO && CO == BaseVal) {
1899     // Multiple is 1.
1900     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1901     return true;
1902   }
1903
1904   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1905     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1906     return true;
1907   }
1908
1909   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1910
1911   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1912   if (!I) return false;
1913
1914   switch (I->getOpcode()) {
1915   default: break;
1916   case Instruction::SExt:
1917     if (!LookThroughSExt) return false;
1918     // otherwise fall through to ZExt
1919   case Instruction::ZExt:
1920     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1921                            LookThroughSExt, Depth+1);
1922   case Instruction::Shl:
1923   case Instruction::Mul: {
1924     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1925     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1926
1927     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1928       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1929       if (!Op1CI) return false;
1930       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1931       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1932       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1933       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1934       API.setBit(BitToSet);
1935       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1936     }
1937
1938     Value *Mul0 = nullptr;
1939     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1940       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1941         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1942           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1943               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1944             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1945           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1946               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1947             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1948
1949           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1950           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1951           return true;
1952         }
1953
1954       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1955         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1956           // V == Base * Op1, so return Op1
1957           Multiple = Op1;
1958           return true;
1959         }
1960     }
1961
1962     Value *Mul1 = nullptr;
1963     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1964       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1965         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1966           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1967               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1968             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1969           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1970               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1971             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1972
1973           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1974           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1975           return true;
1976         }
1977
1978       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1979         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1980           // V == Base * Op0, so return Op0
1981           Multiple = Op0;
1982           return true;
1983         }
1984     }
1985   }
1986   }
1987
1988   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1989   return false;
1990 }
1991
1992 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
1993 /// -0.0.
1994 ///
1995 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1996 /// rounding modes!
1997 ///
1998 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1999   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2000     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2001
2002   if (Depth == 6)
2003     return 1;  // Limit search depth.
2004
2005   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2006   if (!I) return false;
2007
2008   // Check if the nsz fast-math flag is set
2009   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2010     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2011       return true;
2012
2013   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2014   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2015     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2016       if (CFP->isNullValue())
2017         return true;
2018
2019   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2020   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2021     return true;
2022
2023   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2024     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2025     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2026       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2027
2028   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2029     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2030       if (F->isDeclaration()) {
2031         // abs(x) != -0.0
2032         if (F->getName() == "abs") return true;
2033         // fabs[lf](x) != -0.0
2034         if (F->getName() == "fabs") return true;
2035         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2036         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2037         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2038             F->getName() == "sqrtl")
2039           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2040       }
2041     }
2042
2043   return false;
2044 }
2045
2046 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2047 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2048 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2049 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2050 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2051 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2052   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2053   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2054
2055   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2056   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2057     if (C->isNullValue())
2058       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2059
2060   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2061   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2062   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2063     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2064       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2065     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2066       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2067     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2068   }
2069
2070   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
2071   // multiple of 8 bits.
2072   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2073     unsigned Width = CI->getBitWidth();
2074     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
2075       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
2076       // same at all levels.
2077       APInt Val = CI->getValue();
2078       APInt Val2;
2079       while (Val.getBitWidth() != 8) {
2080         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
2081         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
2082         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
2083         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
2084
2085         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
2086         if (Val != Val2)
2087           return nullptr;
2088       }
2089       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
2090     }
2091   }
2092
2093   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2094   // also splatable.
2095   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2096     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2097     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2098     if (!Val)
2099       return nullptr;
2100
2101     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2102       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2103         return nullptr;
2104
2105     return Val;
2106   }
2107
2108   // Conceptually, we could handle things like:
2109   //   %a = zext i8 %X to i16
2110   //   %b = shl i16 %a, 8
2111   //   %c = or i16 %a, %b
2112   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2113   // worth worrying about.
2114   return nullptr;
2115 }
2116
2117
2118 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2119 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2120 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2121 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2122 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2123 // build on that.
2124 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2125                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2126                                 unsigned IdxSkip,
2127                                 Instruction *InsertBefore) {
2128   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2129   if (STy) {
2130     // Save the original To argument so we can modify it
2131     Value *OrigTo = To;
2132     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2133     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2134       // Process each struct element recursively
2135       Idxs.push_back(i);
2136       Value *PrevTo = To;
2137       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2138                              InsertBefore);
2139       Idxs.pop_back();
2140       if (!To) {
2141         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2142         while (PrevTo != OrigTo) {
2143           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2144           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2145           Del->eraseFromParent();
2146         }
2147         // Stop processing elements
2148         break;
2149       }
2150     }
2151     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2152     if (To)
2153       return To;
2154   }
2155   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2156   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2157   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2158   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2159
2160   // Find the value that is at that particular spot
2161   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2162
2163   if (!V)
2164     return nullptr;
2165
2166   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2167   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2168                                        "tmp", InsertBefore);
2169 }
2170
2171 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2172 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2173 // { a, { b, { c, d }, e } }
2174 // and the indices "1, 1" this returns
2175 // { c, d }.
2176 //
2177 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2178 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2179 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2180 // insertvalue instruction somewhere).
2181 //
2182 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2183 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2184                                 Instruction *InsertBefore) {
2185   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2186   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2187                                                              idx_range);
2188   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2189   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2190   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2191
2192   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2193 }
2194
2195 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2196 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2197 /// were inserted directly into the aggregrate.
2198 ///
2199 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2200 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2201 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2202                                Instruction *InsertBefore) {
2203   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2204   // recursion).
2205   if (idx_range.empty())
2206     return V;
2207   // We have indices, so V should have an indexable type.
2208   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2209          "Not looking at a struct or array?");
2210   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2211          "Invalid indices for type?");
2212
2213   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2214     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2215     if (!C) return nullptr;
2216     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2217   }
2218
2219   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2220     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2221     // requested indices
2222     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2223     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2224          i != e; ++i, ++req_idx) {
2225       if (req_idx == idx_range.end()) {
2226         // We can't handle this without inserting insertvalues
2227         if (!InsertBefore)
2228           return nullptr;
2229
2230         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2231         // this specially. For example,
2232         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2233         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2234         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2235         // This can be changed into
2236         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2237         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2238         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2239         // removed.
2240         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2241                                  InsertBefore);
2242       }
2243
2244       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2245       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
2246       // looking for, then.
2247       if (*req_idx != *i)
2248         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2249                                  InsertBefore);
2250     }
2251     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2252     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2253     // the inserted value, passing any remaining indices.
2254     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2255                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2256                              InsertBefore);
2257   }
2258
2259   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2260     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
2261     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2262     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2263
2264     // Calculate the number of indices required
2265     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2266     // Allocate some space to put the new indices in
2267     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2268     Idxs.reserve(size);
2269     // Add indices from the extract value instruction
2270     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2271
2272     // Add requested indices
2273     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2274
2275     assert(Idxs.size() == size
2276            && "Number of indices added not correct?");
2277
2278     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2279   }
2280   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2281   // or load instruction)
2282   return nullptr;
2283 }
2284
2285 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2286 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2287 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2288                                               const DataLayout *DL) {
2289   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
2290   // the widest we support.
2291   unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()) : 64;
2292   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2293   while (1) {
2294     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2295       break;
2296
2297     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2298       if (DL) {
2299         APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2300         if (!GEP->accumulateConstantOffset(*DL, GEPOffset))
2301           break;
2302
2303         ByteOffset += GEPOffset;
2304       }
2305
2306       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2307     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2308                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2309       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2310     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2311       if (GA->mayBeOverridden())
2312         break;
2313       Ptr = GA->getAliasee();
2314     } else {
2315       break;
2316     }
2317   }
2318   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2319   return Ptr;
2320 }
2321
2322
2323 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2324 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2325 /// If unsuccessful, it returns false.
2326 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2327                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2328   assert(V);
2329
2330   // Look through bitcast instructions and geps.
2331   V = V->stripPointerCasts();
2332
2333   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
2334   // offset.
2335   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2336     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2337     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2338       return false;
2339
2340     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2341     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2342     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2343     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2344       return false;
2345
2346     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2347     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2348     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2349     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2350       return false;
2351
2352     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2353     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2354     // the string.
2355     uint64_t StartIdx = 0;
2356     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2357       StartIdx = CI->getZExtValue();
2358     else
2359       return false;
2360     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
2361   }
2362
2363   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2364   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2365   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2366   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2367   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2368     return false;
2369
2370   // Handle the all-zeros case
2371   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2372     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2373     // length of the string must be zero.
2374     Str = "";
2375     return true;
2376   }
2377
2378   // Must be a Constant Array
2379   const ConstantDataArray *Array =
2380     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2381   if (!Array || !Array->isString())
2382     return false;
2383
2384   // Get the number of elements in the array
2385   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2386
2387   // Start out with the entire array in the StringRef.
2388   Str = Array->getAsString();
2389
2390   if (Offset > NumElts)
2391     return false;
2392
2393   // Skip over 'offset' bytes.
2394   Str = Str.substr(Offset);
2395
2396   if (TrimAtNul) {
2397     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2398     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2399     // some other way that the string is length-bound.
2400     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2401   }
2402   return true;
2403 }
2404
2405 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2406 // nodes.
2407 // TODO: See if we can integrate these two together.
2408
2409 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2410 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2411 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2412   // Look through noop bitcast instructions.
2413   V = V->stripPointerCasts();
2414
2415   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2416   // or we haven't.
2417   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2418     if (!PHIs.insert(PN).second)
2419       return ~0ULL;  // already in the set.
2420
2421     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2422     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2423     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
2424       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
2425       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2426
2427       if (Len == ~0ULL) continue;
2428
2429       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2430         return 0;    // Disagree -> unknown.
2431       LenSoFar = Len;
2432     }
2433
2434     // Success, all agree.
2435     return LenSoFar;
2436   }
2437
2438   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2439   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2440     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2441     if (Len1 == 0) return 0;
2442     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2443     if (Len2 == 0) return 0;
2444     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2445     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2446     if (Len1 != Len2) return 0;
2447     return Len1;
2448   }
2449
2450   // Otherwise, see if we can read the string.
2451   StringRef StrData;
2452   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2453     return 0;
2454
2455   return StrData.size()+1;
2456 }
2457
2458 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2459 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2460 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
2461   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
2462
2463   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
2464   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
2465   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
2466   // an empty string as a length.
2467   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
2468 }
2469
2470 Value *
2471 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
2472   if (!V->getType()->isPointerTy())
2473     return V;
2474   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
2475     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2476       V = GEP->getPointerOperand();
2477     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
2478                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2479       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
2480     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
2481       if (GA->mayBeOverridden())
2482         return V;
2483       V = GA->getAliasee();
2484     } else {
2485       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
2486       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2487         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionTracker and use them.
2488         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, nullptr)) {
2489           V = Simplified;
2490           continue;
2491         }
2492
2493       return V;
2494     }
2495     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
2496   }
2497   return V;
2498 }
2499
2500 void
2501 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
2502                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
2503                            const DataLayout *TD,
2504                            unsigned MaxLookup) {
2505   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
2506   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
2507   Worklist.push_back(V);
2508   do {
2509     Value *P = Worklist.pop_back_val();
2510     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
2511
2512     if (!Visited.insert(P).second)
2513       continue;
2514
2515     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
2516       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
2517       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
2518       continue;
2519     }
2520
2521     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
2522       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2523         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
2524       continue;
2525     }
2526
2527     Objects.push_back(P);
2528   } while (!Worklist.empty());
2529 }
2530
2531 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
2532 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
2533   for (const User *U : V->users()) {
2534     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
2535     if (!II) return false;
2536
2537     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
2538         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
2539       return false;
2540   }
2541   return true;
2542 }
2543
2544 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
2545                                         const DataLayout *TD) {
2546   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
2547   if (!Inst)
2548     return false;
2549
2550   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
2551     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
2552       if (C->canTrap())
2553         return false;
2554
2555   switch (Inst->getOpcode()) {
2556   default:
2557     return true;
2558   case Instruction::UDiv:
2559   case Instruction::URem: {
2560     // x / y is undefined if y == 0.
2561     const APInt *V;
2562     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
2563       return *V != 0;
2564     return false;
2565   }
2566   case Instruction::SDiv:
2567   case Instruction::SRem: {
2568     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
2569     const APInt *X, *Y;
2570     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Y))) {
2571       if (*Y != 0) {
2572         if (*Y == -1) {
2573           // The numerator can't be MinSignedValue if the denominator is -1.
2574           if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(X)))
2575             return !Y->isMinSignedValue();
2576           // The numerator *might* be MinSignedValue.
2577           return false;
2578         }
2579         // The denominator is not 0 or -1, it's safe to proceed.
2580         return true;
2581       }
2582     }
2583     return false;
2584   }
2585   case Instruction::Load: {
2586     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
2587     if (!LI->isUnordered() ||
2588         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
2589         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(Attribute::SanitizeThread))
2590       return false;
2591     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer(TD);
2592   }
2593   case Instruction::Call: {
2594     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
2595       switch (II->getIntrinsicID()) {
2596       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
2597       // information about their operands.
2598       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
2599       // should be considered at least *safe* to speculate...
2600       case Intrinsic::dbg_declare:
2601       case Intrinsic::dbg_value:
2602         return true;
2603
2604       case Intrinsic::bswap:
2605       case Intrinsic::ctlz:
2606       case Intrinsic::ctpop:
2607       case Intrinsic::cttz:
2608       case Intrinsic::objectsize:
2609       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2610       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2611       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2612       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2613       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2614       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2615         return true;
2616       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
2617       // errno like libm sqrt would.
2618       case Intrinsic::sqrt:
2619       case Intrinsic::fma:
2620       case Intrinsic::fmuladd:
2621       case Intrinsic::fabs:
2622       case Intrinsic::minnum:
2623       case Intrinsic::maxnum:
2624         return true;
2625       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2626       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2627       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2628       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2629       default: break;
2630       }
2631     }
2632     return false; // The called function could have undefined behavior or
2633                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2634   }
2635   case Instruction::VAArg:
2636   case Instruction::Alloca:
2637   case Instruction::Invoke:
2638   case Instruction::PHI:
2639   case Instruction::Store:
2640   case Instruction::Ret:
2641   case Instruction::Br:
2642   case Instruction::IndirectBr:
2643   case Instruction::Switch:
2644   case Instruction::Unreachable:
2645   case Instruction::Fence:
2646   case Instruction::LandingPad:
2647   case Instruction::AtomicRMW:
2648   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2649   case Instruction::Resume:
2650     return false; // Misc instructions which have effects
2651   }
2652 }
2653
2654 /// Return true if we know that the specified value is never null.
2655 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
2656   // Alloca never returns null, malloc might.
2657   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2658
2659   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
2660   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2661     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
2662
2663   // Global values are not null unless extern weak.
2664   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2665     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2666
2667   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
2668   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
2669     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
2670
2671   if (ImmutableCallSite CS = V)
2672     if (CS.isReturnNonNull())
2673       return true;
2674
2675   // operator new never returns null.
2676   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
2677     return true;
2678
2679   return false;
2680 }
2681
2682 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
2683                                                    const DataLayout *DL,
2684                                                    AssumptionTracker *AT,
2685                                                    const Instruction *CxtI,
2686                                                    const DominatorTree *DT) {
2687   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
2688   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
2689   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
2690   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
2691   // we can guarantee that the result does not overflow.
2692   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
2693   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
2694   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
2695   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
2696   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
2697   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
2698   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AT, CxtI, DT);
2699   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AT, CxtI, DT);
2700   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
2701   // conservative answer.
2702   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
2703                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
2704   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
2705   // definitely no overflow.
2706   if (ZeroBits >= BitWidth)
2707     return OverflowResult::NeverOverflows;
2708
2709   // Get the largest possible values for each operand.
2710   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
2711   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
2712
2713   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
2714   // each operand will not overflow after we multiply them together.
2715   bool MaxOverflow;
2716   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
2717   if (!MaxOverflow)
2718     return OverflowResult::NeverOverflows;
2719
2720   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
2721   // the operands also results in overflow.
2722   bool MinOverflow;
2723   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
2724   if (MinOverflow)
2725     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
2726
2727   return OverflowResult::MayOverflow;
2728 }