[ValueTracking] Don't special case wrapped ConstantRanges; NFCI
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/Optional.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
21 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
22 #include "llvm/IR/CallSite.h"
23 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
29 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/Metadata.h"
34 #include "llvm/IR/Operator.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
39 #include <cstring>
40 using namespace llvm;
41 using namespace llvm::PatternMatch;
42
43 const unsigned MaxDepth = 6;
44
45 /// Enable an experimental feature to leverage information about dominating
46 /// conditions to compute known bits.  The individual options below control how
47 /// hard we search.  The defaults are chosen to be fairly aggressive.  If you
48 /// run into compile time problems when testing, scale them back and report
49 /// your findings.
50 static cl::opt<bool> EnableDomConditions("value-tracking-dom-conditions",
51                                          cl::Hidden, cl::init(false));
52
53 // This is expensive, so we only do it for the top level query value.
54 // (TODO: evaluate cost vs profit, consider higher thresholds)
55 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDepth("dom-conditions-max-depth",
56                                                cl::Hidden, cl::init(1));
57
58 /// How many dominating blocks should be scanned looking for dominating
59 /// conditions?
60 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxDomBlocks("dom-conditions-dom-blocks",
61                                                    cl::Hidden,
62                                                    cl::init(20));
63
64 // Controls the number of uses of the value searched for possible
65 // dominating comparisons.
66 static cl::opt<unsigned> DomConditionsMaxUses("dom-conditions-max-uses",
67                                               cl::Hidden, cl::init(20));
68
69 // If true, don't consider only compares whose only use is a branch.
70 static cl::opt<bool> DomConditionsSingleCmpUse("dom-conditions-single-cmp-use",
71                                                cl::Hidden, cl::init(false));
72
73 /// Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if unknown returns
74 /// 0). For vector types, returns the element type's bitwidth.
75 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout &DL) {
76   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
77     return BitWidth;
78
79   return DL.getPointerTypeSizeInBits(Ty);
80 }
81
82 // Many of these functions have internal versions that take an assumption
83 // exclusion set. This is because of the potential for mutual recursion to
84 // cause computeKnownBits to repeatedly visit the same assume intrinsic. The
85 // classic case of this is assume(x = y), which will attempt to determine
86 // bits in x from bits in y, which will attempt to determine bits in y from
87 // bits in x, etc. Regarding the mutual recursion, computeKnownBits can call
88 // isKnownNonZero, which calls computeKnownBits and ComputeSignBit and
89 // isKnownToBeAPowerOfTwo (all of which can call computeKnownBits), and so on.
90 typedef SmallPtrSet<const Value *, 8> ExclInvsSet;
91
92 namespace {
93 // Simplifying using an assume can only be done in a particular control-flow
94 // context (the context instruction provides that context). If an assume and
95 // the context instruction are not in the same block then the DT helps in
96 // figuring out if we can use it.
97 struct Query {
98   ExclInvsSet ExclInvs;
99   AssumptionCache *AC;
100   const Instruction *CxtI;
101   const DominatorTree *DT;
102
103   Query(AssumptionCache *AC = nullptr, const Instruction *CxtI = nullptr,
104         const DominatorTree *DT = nullptr)
105       : AC(AC), CxtI(CxtI), DT(DT) {}
106
107   Query(const Query &Q, const Value *NewExcl)
108       : ExclInvs(Q.ExclInvs), AC(Q.AC), CxtI(Q.CxtI), DT(Q.DT) {
109     ExclInvs.insert(NewExcl);
110   }
111 };
112 } // end anonymous namespace
113
114 // Given the provided Value and, potentially, a context instruction, return
115 // the preferred context instruction (if any).
116 static const Instruction *safeCxtI(const Value *V, const Instruction *CxtI) {
117   // If we've been provided with a context instruction, then use that (provided
118   // it has been inserted).
119   if (CxtI && CxtI->getParent())
120     return CxtI;
121
122   // If the value is really an already-inserted instruction, then use that.
123   CxtI = dyn_cast<Instruction>(V);
124   if (CxtI && CxtI->getParent())
125     return CxtI;
126
127   return nullptr;
128 }
129
130 static void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
131                              const DataLayout &DL, unsigned Depth,
132                              const Query &Q);
133
134 void llvm::computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
135                             const DataLayout &DL, unsigned Depth,
136                             AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
137                             const DominatorTree *DT) {
138   ::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
139                      Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
140 }
141
142 bool llvm::haveNoCommonBitsSet(Value *LHS, Value *RHS, const DataLayout &DL,
143                                AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
144                                const DominatorTree *DT) {
145   assert(LHS->getType() == RHS->getType() &&
146          "LHS and RHS should have the same type");
147   assert(LHS->getType()->isIntOrIntVectorTy() &&
148          "LHS and RHS should be integers");
149   IntegerType *IT = cast<IntegerType>(LHS->getType()->getScalarType());
150   APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
151   APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0), RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
152   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
153   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, 0, AC, CxtI, DT);
154   return (LHSKnownZero | RHSKnownZero).isAllOnesValue();
155 }
156
157 static void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
158                            const DataLayout &DL, unsigned Depth,
159                            const Query &Q);
160
161 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
162                           const DataLayout &DL, unsigned Depth,
163                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
164                           const DominatorTree *DT) {
165   ::ComputeSignBit(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
166                    Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
167 }
168
169 static bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
170                                    const Query &Q, const DataLayout &DL);
171
172 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, const DataLayout &DL, bool OrZero,
173                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
174                                   const Instruction *CxtI,
175                                   const DominatorTree *DT) {
176   return ::isKnownToBeAPowerOfTwo(V, OrZero, Depth,
177                                   Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT), DL);
178 }
179
180 static bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
181                            const Query &Q);
182
183 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
184                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
185                           const DominatorTree *DT) {
186   return ::isKnownNonZero(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
187 }
188
189 bool llvm::isKnownNonNegative(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
190                               AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
191                               const DominatorTree *DT) {
192   bool NonNegative, Negative;
193   ComputeSignBit(V, NonNegative, Negative, DL, Depth, AC, CxtI, DT);
194   return NonNegative;
195 }
196
197 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
198                            const Query &Q);
199
200 bool llvm::isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
201                           AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI,
202                           const DominatorTree *DT) {
203   return ::isKnownNonEqual(V1, V2, DL, Query(AC,
204                                              safeCxtI(V1, safeCxtI(V2, CxtI)),
205                                              DT));
206 }
207
208 static bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
209                               unsigned Depth, const Query &Q);
210
211 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
212                              unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
213                              const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
214   return ::MaskedValueIsZero(V, Mask, DL, Depth,
215                              Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
216 }
217
218 static unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
219                                    unsigned Depth, const Query &Q);
220
221 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL,
222                                   unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
223                                   const Instruction *CxtI,
224                                   const DominatorTree *DT) {
225   return ::ComputeNumSignBits(V, DL, Depth, Query(AC, safeCxtI(V, CxtI), DT));
226 }
227
228 static void computeKnownBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
229                                    APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
230                                    APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
231                                    const DataLayout &DL, unsigned Depth,
232                                    const Query &Q) {
233   if (!Add) {
234     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
235       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
236       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
237       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
238       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
239         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
240         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
241         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
242         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
243         computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
244
245         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
246         // output top bits are zero, because we now know that the output is
247         // from [0-C].
248         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
249           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
250           // Top bits known zero.
251           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
252         }
253       }
254     }
255   }
256
257   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
258
259   // If an initial sequence of bits in the result is not needed, the
260   // corresponding bits in the operands are not needed.
261   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
262   computeKnownBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, Depth + 1, Q);
263   computeKnownBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
264
265   // Carry in a 1 for a subtract, rather than a 0.
266   APInt CarryIn(BitWidth, 0);
267   if (!Add) {
268     // Sum = LHS + ~RHS + 1
269     std::swap(KnownZero2, KnownOne2);
270     CarryIn.setBit(0);
271   }
272
273   APInt PossibleSumZero = ~LHSKnownZero + ~KnownZero2 + CarryIn;
274   APInt PossibleSumOne = LHSKnownOne + KnownOne2 + CarryIn;
275
276   // Compute known bits of the carry.
277   APInt CarryKnownZero = ~(PossibleSumZero ^ LHSKnownZero ^ KnownZero2);
278   APInt CarryKnownOne = PossibleSumOne ^ LHSKnownOne ^ KnownOne2;
279
280   // Compute set of known bits (where all three relevant bits are known).
281   APInt LHSKnown = LHSKnownZero | LHSKnownOne;
282   APInt RHSKnown = KnownZero2 | KnownOne2;
283   APInt CarryKnown = CarryKnownZero | CarryKnownOne;
284   APInt Known = LHSKnown & RHSKnown & CarryKnown;
285
286   assert((PossibleSumZero & Known) == (PossibleSumOne & Known) &&
287          "known bits of sum differ");
288
289   // Compute known bits of the result.
290   KnownZero = ~PossibleSumOne & Known;
291   KnownOne = PossibleSumOne & Known;
292
293   // Are we still trying to solve for the sign bit?
294   if (!Known.isNegative()) {
295     if (NSW) {
296       // Adding two non-negative numbers, or subtracting a negative number from
297       // a non-negative one, can't wrap into negative.
298       if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
299         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
300       // Adding two negative numbers, or subtracting a non-negative number from
301       // a negative one, can't wrap into non-negative.
302       else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
303         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
304     }
305   }
306 }
307
308 static void computeKnownBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
309                                 APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
310                                 APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
311                                 const DataLayout &DL, unsigned Depth,
312                                 const Query &Q) {
313   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
314   computeKnownBits(Op1, KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
315   computeKnownBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
316
317   bool isKnownNegative = false;
318   bool isKnownNonNegative = false;
319   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
320   if (NSW) {
321     if (Op0 == Op1) {
322       // The product of a number with itself is non-negative.
323       isKnownNonNegative = true;
324     } else {
325       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
326       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
327       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
328       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
329       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
330       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
331         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
332       // The product of a negative number and a non-negative number is either
333       // negative or zero.
334       if (!isKnownNonNegative)
335         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
336                            isKnownNonZero(Op0, DL, Depth, Q)) ||
337                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
338                            isKnownNonZero(Op1, DL, Depth, Q));
339     }
340   }
341
342   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
343   // Also compute a conservative estimate for high known-0 bits.
344   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
345   // interesting case of alignment computation.
346   KnownOne.clearAllBits();
347   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
348                     KnownZero2.countTrailingOnes();
349   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
350                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
351                              BitWidth) - BitWidth;
352
353   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
354   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
355   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
356               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
357
358   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
359   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
360   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
361   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
362   // whatever we like here.
363   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
364     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
365   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
366     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
367 }
368
369 void llvm::computeKnownBitsFromRangeMetadata(const MDNode &Ranges,
370                                              APInt &KnownZero) {
371   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
372   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
373   assert(NumRanges >= 1);
374
375   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
376   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
377   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
378     ConstantInt *Lower =
379         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
380     ConstantInt *Upper =
381         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
382     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
383     unsigned LeadingZeros = Range.getUnsignedMax().countLeadingZeros();
384     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
385   }
386
387   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
388 }
389
390 static bool isEphemeralValueOf(Instruction *I, const Value *E) {
391   SmallVector<const Value *, 16> WorkSet(1, I);
392   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
393   SmallPtrSet<const Value *, 16> EphValues;
394
395   // The instruction defining an assumption's condition itself is always
396   // considered ephemeral to that assumption (even if it has other
397   // non-ephemeral users). See r246696's test case for an example.
398   if (std::find(I->op_begin(), I->op_end(), E) != I->op_end())
399     return true;
400
401   while (!WorkSet.empty()) {
402     const Value *V = WorkSet.pop_back_val();
403     if (!Visited.insert(V).second)
404       continue;
405
406     // If all uses of this value are ephemeral, then so is this value.
407     if (std::all_of(V->user_begin(), V->user_end(),
408                     [&](const User *U) { return EphValues.count(U); })) {
409       if (V == E)
410         return true;
411
412       EphValues.insert(V);
413       if (const User *U = dyn_cast<User>(V))
414         for (User::const_op_iterator J = U->op_begin(), JE = U->op_end();
415              J != JE; ++J) {
416           if (isSafeToSpeculativelyExecute(*J))
417             WorkSet.push_back(*J);
418         }
419     }
420   }
421
422   return false;
423 }
424
425 // Is this an intrinsic that cannot be speculated but also cannot trap?
426 static bool isAssumeLikeIntrinsic(const Instruction *I) {
427   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
428     if (Function *F = CI->getCalledFunction())
429       switch (F->getIntrinsicID()) {
430       default: break;
431       // FIXME: This list is repeated from NoTTI::getIntrinsicCost.
432       case Intrinsic::assume:
433       case Intrinsic::dbg_declare:
434       case Intrinsic::dbg_value:
435       case Intrinsic::invariant_start:
436       case Intrinsic::invariant_end:
437       case Intrinsic::lifetime_start:
438       case Intrinsic::lifetime_end:
439       case Intrinsic::objectsize:
440       case Intrinsic::ptr_annotation:
441       case Intrinsic::var_annotation:
442         return true;
443       }
444
445   return false;
446 }
447
448 static bool isValidAssumeForContext(Value *V, const Query &Q) {
449   Instruction *Inv = cast<Instruction>(V);
450
451   // There are two restrictions on the use of an assume:
452   //  1. The assume must dominate the context (or the control flow must
453   //     reach the assume whenever it reaches the context).
454   //  2. The context must not be in the assume's set of ephemeral values
455   //     (otherwise we will use the assume to prove that the condition
456   //     feeding the assume is trivially true, thus causing the removal of
457   //     the assume).
458
459   if (Q.DT) {
460     if (Q.DT->dominates(Inv, Q.CxtI)) {
461       return true;
462     } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
463       // The context comes first, but they're both in the same block. Make sure
464       // there is nothing in between that might interrupt the control flow.
465       for (BasicBlock::const_iterator I =
466              std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
467                                       IE(Inv); I != IE; ++I)
468         if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
469           return false;
470
471       return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
472     }
473
474     return false;
475   }
476
477   // When we don't have a DT, we do a limited search...
478   if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getSinglePredecessor()) {
479     return true;
480   } else if (Inv->getParent() == Q.CxtI->getParent()) {
481     // Search forward from the assume until we reach the context (or the end
482     // of the block); the common case is that the assume will come first.
483     for (BasicBlock::iterator I = std::next(BasicBlock::iterator(Inv)),
484          IE = Inv->getParent()->end(); I != IE; ++I)
485       if (&*I == Q.CxtI)
486         return true;
487
488     // The context must come first...
489     for (BasicBlock::const_iterator I =
490            std::next(BasicBlock::const_iterator(Q.CxtI)),
491                                     IE(Inv); I != IE; ++I)
492       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&*I) && !isAssumeLikeIntrinsic(&*I))
493         return false;
494
495     return !isEphemeralValueOf(Inv, Q.CxtI);
496   }
497
498   return false;
499 }
500
501 bool llvm::isValidAssumeForContext(const Instruction *I,
502                                    const Instruction *CxtI,
503                                    const DominatorTree *DT) {
504   return ::isValidAssumeForContext(const_cast<Instruction *>(I),
505                                    Query(nullptr, CxtI, DT));
506 }
507
508 template<typename LHS, typename RHS>
509 inline match_combine_or<CmpClass_match<LHS, RHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>,
510                         CmpClass_match<RHS, LHS, ICmpInst, ICmpInst::Predicate>>
511 m_c_ICmp(ICmpInst::Predicate &Pred, const LHS &L, const RHS &R) {
512   return m_CombineOr(m_ICmp(Pred, L, R), m_ICmp(Pred, R, L));
513 }
514
515 template<typename LHS, typename RHS>
516 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::And>,
517                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::And>>
518 m_c_And(const LHS &L, const RHS &R) {
519   return m_CombineOr(m_And(L, R), m_And(R, L));
520 }
521
522 template<typename LHS, typename RHS>
523 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Or>,
524                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Or>>
525 m_c_Or(const LHS &L, const RHS &R) {
526   return m_CombineOr(m_Or(L, R), m_Or(R, L));
527 }
528
529 template<typename LHS, typename RHS>
530 inline match_combine_or<BinaryOp_match<LHS, RHS, Instruction::Xor>,
531                         BinaryOp_match<RHS, LHS, Instruction::Xor>>
532 m_c_Xor(const LHS &L, const RHS &R) {
533   return m_CombineOr(m_Xor(L, R), m_Xor(R, L));
534 }
535
536 /// Compute known bits in 'V' under the assumption that the condition 'Cmp' is
537 /// true (at the context instruction.)  This is mostly a utility function for
538 /// the prototype dominating conditions reasoning below.
539 static void computeKnownBitsFromTrueCondition(Value *V, ICmpInst *Cmp,
540                                               APInt &KnownZero,
541                                               APInt &KnownOne,
542                                               const DataLayout &DL,
543                                               unsigned Depth, const Query &Q) {
544   Value *LHS = Cmp->getOperand(0);
545   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
546   // TODO: We could potentially be more aggressive here.  This would be worth
547   // evaluating.  If we can, explore commoning this code with the assume
548   // handling logic.
549   if (LHS != V && RHS != V)
550     return;
551
552   const unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
553
554   switch (Cmp->getPredicate()) {
555   default:
556     // We know nothing from this condition
557     break;
558   // TODO: implement unsigned bound from below (known one bits)
559   // TODO: common condition check implementations with assumes
560   // TODO: implement other patterns from assume (e.g. V & B == A)
561   case ICmpInst::ICMP_SGT:
562     if (LHS == V) {
563       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
564       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
565       if (KnownOneTemp.isAllOnesValue() || KnownZeroTemp.isNegative()) {
566         // We know that the sign bit is zero.
567         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
568       }
569     }
570     break;
571   case ICmpInst::ICMP_EQ:
572     {
573       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
574       if (LHS == V)
575         computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
576       else if (RHS == V)
577         computeKnownBits(LHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
578       else
579         llvm_unreachable("missing use?");
580       KnownZero |= KnownZeroTemp;
581       KnownOne |= KnownOneTemp;
582     }
583     break;
584   case ICmpInst::ICMP_ULE:
585     if (LHS == V) {
586       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
587       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
588       // The known zero bits carry over
589       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
590       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
591     }
592     break;
593   case ICmpInst::ICMP_ULT:
594     if (LHS == V) {
595       APInt KnownZeroTemp(BitWidth, 0), KnownOneTemp(BitWidth, 0);
596       computeKnownBits(RHS, KnownZeroTemp, KnownOneTemp, DL, Depth + 1, Q);
597       // Whatever high bits in rhs are zero are known to be zero (if rhs is a
598       // power of 2, then one more).
599       unsigned SignBits = KnownZeroTemp.countLeadingOnes();
600       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(RHS, false, Depth + 1, Query(Q, Cmp), DL))
601         SignBits++;
602       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, SignBits);
603     }
604     break;
605   };
606 }
607
608 /// Compute known bits in 'V' from conditions which are known to be true along
609 /// all paths leading to the context instruction.  In particular, look for
610 /// cases where one branch of an interesting condition dominates the context
611 /// instruction.  This does not do general dataflow.
612 /// NOTE: This code is EXPERIMENTAL and currently off by default.
613 static void computeKnownBitsFromDominatingCondition(Value *V, APInt &KnownZero,
614                                                     APInt &KnownOne,
615                                                     const DataLayout &DL,
616                                                     unsigned Depth,
617                                                     const Query &Q) {
618   // Need both the dominator tree and the query location to do anything useful
619   if (!Q.DT || !Q.CxtI)
620     return;
621   Instruction *Cxt = const_cast<Instruction *>(Q.CxtI);
622   // The context instruction might be in a statically unreachable block.  If
623   // so, asking dominator queries may yield suprising results.  (e.g. the block
624   // may not have a dom tree node)
625   if (!Q.DT->isReachableFromEntry(Cxt->getParent()))
626     return;
627
628   // Avoid useless work
629   if (auto VI = dyn_cast<Instruction>(V))
630     if (VI->getParent() == Cxt->getParent())
631       return;
632
633   // Note: We currently implement two options.  It's not clear which of these
634   // will survive long term, we need data for that.
635   // Option 1 - Try walking the dominator tree looking for conditions which
636   // might apply.  This works well for local conditions (loop guards, etc..),
637   // but not as well for things far from the context instruction (presuming a
638   // low max blocks explored).  If we can set an high enough limit, this would
639   // be all we need.
640   // Option 2 - We restrict out search to those conditions which are uses of
641   // the value we're interested in.  This is independent of dom structure,
642   // but is slightly less powerful without looking through lots of use chains.
643   // It does handle conditions far from the context instruction (e.g. early
644   // function exits on entry) really well though.
645
646   // Option 1 - Search the dom tree
647   unsigned NumBlocksExplored = 0;
648   BasicBlock *Current = Cxt->getParent();
649   while (true) {
650     // Stop searching if we've gone too far up the chain
651     if (NumBlocksExplored >= DomConditionsMaxDomBlocks)
652       break;
653     NumBlocksExplored++;
654
655     if (!Q.DT->getNode(Current)->getIDom())
656       break;
657     Current = Q.DT->getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
658     if (!Current)
659       // found function entry
660       break;
661
662     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Current->getTerminator());
663     if (!BI || BI->isUnconditional())
664       continue;
665     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
666     if (!Cmp)
667       continue;
668
669     // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the context
670     // instruction.  Finding a condition where one path dominates the context
671     // isn't enough because both the true and false cases could merge before
672     // the context instruction we're actually interested in.  Instead, we need
673     // to ensure that the taken *edge* dominates the context instruction.  We
674     // know that the edge must be reachable since we started from a reachable
675     // block.
676     BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
677     BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
678     if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
679       continue;
680
681     computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
682                                       Q);
683   }
684
685   // Option 2 - Search the other uses of V
686   unsigned NumUsesExplored = 0;
687   for (auto U : V->users()) {
688     // Avoid massive lists
689     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
690       break;
691     NumUsesExplored++;
692     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
693     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
694     if (!Cmp)
695       continue;
696
697     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
698       continue;
699
700     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
701       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
702       if (!BI || BI->isUnconditional())
703         continue;
704       // We're looking for conditions that are guaranteed to hold at the
705       // context instruction.  Finding a condition where one path dominates
706       // the context isn't enough because both the true and false cases could
707       // merge before the context instruction we're actually interested in.
708       // Instead, we need to ensure that the taken *edge* dominates the context
709       // instruction. 
710       BasicBlock *BB0 = BI->getSuccessor(0);
711       BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), BB0);
712       if (!Edge.isSingleEdge() || !Q.DT->dominates(Edge, Q.CxtI->getParent()))
713         continue;
714
715       computeKnownBitsFromTrueCondition(V, Cmp, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
716                                         Q);
717     }
718   }
719 }
720
721 static void computeKnownBitsFromAssume(Value *V, APInt &KnownZero,
722                                        APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
723                                        unsigned Depth, const Query &Q) {
724   // Use of assumptions is context-sensitive. If we don't have a context, we
725   // cannot use them!
726   if (!Q.AC || !Q.CxtI)
727     return;
728
729   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
730
731   for (auto &AssumeVH : Q.AC->assumptions()) {
732     if (!AssumeVH)
733       continue;
734     CallInst *I = cast<CallInst>(AssumeVH);
735     assert(I->getParent()->getParent() == Q.CxtI->getParent()->getParent() &&
736            "Got assumption for the wrong function!");
737     if (Q.ExclInvs.count(I))
738       continue;
739
740     // Warning: This loop can end up being somewhat performance sensetive.
741     // We're running this loop for once for each value queried resulting in a
742     // runtime of ~O(#assumes * #values).
743
744     assert(I->getCalledFunction()->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
745            "must be an assume intrinsic");
746
747     Value *Arg = I->getArgOperand(0);
748
749     if (Arg == V && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
750       assert(BitWidth == 1 && "assume operand is not i1?");
751       KnownZero.clearAllBits();
752       KnownOne.setAllBits();
753       return;
754     }
755
756     // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
757     if (Depth == MaxDepth)
758       continue;
759
760     Value *A, *B;
761     auto m_V = m_CombineOr(m_Specific(V),
762                            m_CombineOr(m_PtrToInt(m_Specific(V)),
763                            m_BitCast(m_Specific(V))));
764
765     CmpInst::Predicate Pred;
766     ConstantInt *C;
767     // assume(v = a)
768     if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
769         Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
770       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
771       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
772       KnownZero |= RHSKnownZero;
773       KnownOne  |= RHSKnownOne;
774     // assume(v & b = a)
775     } else if (match(Arg,
776                      m_c_ICmp(Pred, m_c_And(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
777                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
778       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
779       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
780       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
781       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
782
783       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
784       // known bits from the RHS to V.
785       KnownZero |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
786       KnownOne  |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
787     // assume(~(v & b) = a)
788     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_And(m_V, m_Value(B))),
789                                    m_Value(A))) &&
790                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
791       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
792       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
793       APInt MaskKnownZero(BitWidth, 0), MaskKnownOne(BitWidth, 0);
794       computeKnownBits(B, MaskKnownZero, MaskKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
795
796       // For those bits in the mask that are known to be one, we can propagate
797       // inverted known bits from the RHS to V.
798       KnownZero |= RHSKnownOne  & MaskKnownOne;
799       KnownOne  |= RHSKnownZero & MaskKnownOne;
800     // assume(v | b = a)
801     } else if (match(Arg,
802                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Or(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
803                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
804       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
805       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
806       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
807       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
808
809       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
810       // bits from the RHS to V.
811       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
812       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
813     // assume(~(v | b) = a)
814     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Or(m_V, m_Value(B))),
815                                    m_Value(A))) &&
816                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
817       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
818       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
819       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
820       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
821
822       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
823       // inverted known bits from the RHS to V.
824       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
825       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
826     // assume(v ^ b = a)
827     } else if (match(Arg,
828                      m_c_ICmp(Pred, m_c_Xor(m_V, m_Value(B)), m_Value(A))) &&
829                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
830       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
831       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
832       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
833       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
834
835       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate known
836       // bits from the RHS to V. For those bits in B that are known to be one,
837       // we can propagate inverted known bits from the RHS to V.
838       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownZero;
839       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
840       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
841       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownOne;
842     // assume(~(v ^ b) = a)
843     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_c_Xor(m_V, m_Value(B))),
844                                    m_Value(A))) &&
845                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
846       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
847       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
848       APInt BKnownZero(BitWidth, 0), BKnownOne(BitWidth, 0);
849       computeKnownBits(B, BKnownZero, BKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
850
851       // For those bits in B that are known to be zero, we can propagate
852       // inverted known bits from the RHS to V. For those bits in B that are
853       // known to be one, we can propagate known bits from the RHS to V.
854       KnownZero |= RHSKnownOne  & BKnownZero;
855       KnownOne  |= RHSKnownZero & BKnownZero;
856       KnownZero |= RHSKnownZero & BKnownOne;
857       KnownOne  |= RHSKnownOne  & BKnownOne;
858     // assume(v << c = a)
859     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C)),
860                                    m_Value(A))) &&
861                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
862       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
863       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
864       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
865       // bits in V shifted to the right by C.
866       KnownZero |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
867       KnownOne  |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
868     // assume(~(v << c) = a)
869     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_Shl(m_V, m_ConstantInt(C))),
870                                    m_Value(A))) &&
871                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
872       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
873       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
874       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
875       // to known bits in V shifted to the right by C.
876       KnownZero |= RHSKnownOne.lshr(C->getZExtValue());
877       KnownOne  |= RHSKnownZero.lshr(C->getZExtValue());
878     // assume(v >> c = a)
879     } else if (match(Arg,
880                      m_c_ICmp(Pred, m_CombineOr(m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
881                                                 m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C))),
882                               m_Value(A))) &&
883                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
884       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
885       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
886       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them to known
887       // bits in V shifted to the right by C.
888       KnownZero |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
889       KnownOne  |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
890     // assume(~(v >> c) = a)
891     } else if (match(Arg, m_c_ICmp(Pred, m_Not(m_CombineOr(
892                                              m_LShr(m_V, m_ConstantInt(C)),
893                                              m_AShr(m_V, m_ConstantInt(C)))),
894                                    m_Value(A))) &&
895                Pred == ICmpInst::ICMP_EQ && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
896       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
897       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
898       // For those bits in RHS that are known, we can propagate them inverted
899       // to known bits in V shifted to the right by C.
900       KnownZero |= RHSKnownOne  << C->getZExtValue();
901       KnownOne  |= RHSKnownZero << C->getZExtValue();
902     // assume(v >=_s c) where c is non-negative
903     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
904                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
905       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
906       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
907
908       if (RHSKnownZero.isNegative()) {
909         // We know that the sign bit is zero.
910         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
911       }
912     // assume(v >_s c) where c is at least -1.
913     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
914                Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
915       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
916       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
917
918       if (RHSKnownOne.isAllOnesValue() || RHSKnownZero.isNegative()) {
919         // We know that the sign bit is zero.
920         KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
921       }
922     // assume(v <=_s c) where c is negative
923     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
924                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
925       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
926       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
927
928       if (RHSKnownOne.isNegative()) {
929         // We know that the sign bit is one.
930         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
931       }
932     // assume(v <_s c) where c is non-positive
933     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
934                Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
935       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
936       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
937
938       if (RHSKnownZero.isAllOnesValue() || RHSKnownOne.isNegative()) {
939         // We know that the sign bit is one.
940         KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
941       }
942     // assume(v <=_u c)
943     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
944                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
945       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
946       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
947
948       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero.
949       KnownZero |=
950         APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
951     // assume(v <_u c)
952     } else if (match(Arg, m_ICmp(Pred, m_V, m_Value(A))) &&
953                Pred == ICmpInst::ICMP_ULT && isValidAssumeForContext(I, Q)) {
954       APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0), RHSKnownOne(BitWidth, 0);
955       computeKnownBits(A, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, Depth+1, Query(Q, I));
956
957       // Whatever high bits in c are zero are known to be zero (if c is a power
958       // of 2, then one more).
959       if (isKnownToBeAPowerOfTwo(A, false, Depth + 1, Query(Q, I), DL))
960         KnownZero |=
961           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes()+1);
962       else
963         KnownZero |=
964           APInt::getHighBitsSet(BitWidth, RHSKnownZero.countLeadingOnes());
965     }
966   }
967 }
968
969 // Compute known bits from a shift operator, including those with a
970 // non-constant shift amount. KnownZero and KnownOne are the outputs of this
971 // function. KnownZero2 and KnownOne2 are pre-allocated temporaries with the
972 // same bit width as KnownZero and KnownOne. KZF and KOF are operator-specific
973 // functors that, given the known-zero or known-one bits respectively, and a
974 // shift amount, compute the implied known-zero or known-one bits of the shift
975 // operator's result respectively for that shift amount. The results from calling
976 // KZF and KOF are conservatively combined for all permitted shift amounts.
977 template <typename KZFunctor, typename KOFunctor>
978 static void computeKnownBitsFromShiftOperator(Operator *I,
979               APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
980               APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
981               const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q,
982               KZFunctor KZF, KOFunctor KOF) {
983   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
984
985   if (auto *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
986     unsigned ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
987
988     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
989     KnownZero = KZF(KnownZero, ShiftAmt);
990     KnownOne  = KOF(KnownOne, ShiftAmt);
991     return;
992   }
993
994   computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
995
996   // Note: We cannot use KnownZero.getLimitedValue() here, because if
997   // BitWidth > 64 and any upper bits are known, we'll end up returning the
998   // limit value (which implies all bits are known).
999   uint64_t ShiftAmtKZ = KnownZero.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1000   uint64_t ShiftAmtKO = KnownOne.zextOrTrunc(64).getZExtValue();
1001
1002   // It would be more-clearly correct to use the two temporaries for this
1003   // calculation. Reusing the APInts here to prevent unnecessary allocations.
1004   KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1005
1006   // If we know the shifter operand is nonzero, we can sometimes infer more
1007   // known bits. However this is expensive to compute, so be lazy about it and
1008   // only compute it when absolutely necessary.
1009   Optional<bool> ShifterOperandIsNonZero;
1010
1011   // Early exit if we can't constrain any well-defined shift amount.
1012   if (!(ShiftAmtKZ & (BitWidth - 1)) && !(ShiftAmtKO & (BitWidth - 1))) {
1013     ShifterOperandIsNonZero =
1014         isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1015     if (!*ShifterOperandIsNonZero)
1016       return;
1017   }
1018
1019   computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1020
1021   KnownZero = KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1022   for (unsigned ShiftAmt = 0; ShiftAmt < BitWidth; ++ShiftAmt) {
1023     // Combine the shifted known input bits only for those shift amounts
1024     // compatible with its known constraints.
1025     if ((ShiftAmt & ~ShiftAmtKZ) != ShiftAmt)
1026       continue;
1027     if ((ShiftAmt | ShiftAmtKO) != ShiftAmt)
1028       continue;
1029     // If we know the shifter is nonzero, we may be able to infer more known
1030     // bits. This check is sunk down as far as possible to avoid the expensive
1031     // call to isKnownNonZero if the cheaper checks above fail.
1032     if (ShiftAmt == 0) {
1033       if (!ShifterOperandIsNonZero.hasValue())
1034         ShifterOperandIsNonZero =
1035             isKnownNonZero(I->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
1036       if (*ShifterOperandIsNonZero)
1037         continue;
1038     }
1039
1040     KnownZero &= KZF(KnownZero2, ShiftAmt);
1041     KnownOne  &= KOF(KnownOne2, ShiftAmt);
1042   }
1043
1044   // If there are no compatible shift amounts, then we've proven that the shift
1045   // amount must be >= the BitWidth, and the result is undefined. We could
1046   // return anything we'd like, but we need to make sure the sets of known bits
1047   // stay disjoint (it should be better for some other code to actually
1048   // propagate the undef than to pick a value here using known bits).
1049   if ((KnownZero & KnownOne) != 0)
1050     KnownZero.clearAllBits(), KnownOne.clearAllBits();
1051 }
1052
1053 static void computeKnownBitsFromOperator(Operator *I, APInt &KnownZero,
1054                                          APInt &KnownOne, const DataLayout &DL,
1055                                          unsigned Depth, const Query &Q) {
1056   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1057
1058   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
1059   switch (I->getOpcode()) {
1060   default: break;
1061   case Instruction::Load:
1062     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1063       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
1064     break;
1065   case Instruction::And: {
1066     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
1067     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1068     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1069
1070     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
1071     KnownOne &= KnownOne2;
1072     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
1073     KnownZero |= KnownZero2;
1074     break;
1075   }
1076   case Instruction::Or: {
1077     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1078     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1079
1080     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
1081     KnownZero &= KnownZero2;
1082     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
1083     KnownOne |= KnownOne2;
1084     break;
1085   }
1086   case Instruction::Xor: {
1087     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1088     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1089
1090     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
1091     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
1092     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
1093     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
1094     KnownZero = KnownZeroOut;
1095     break;
1096   }
1097   case Instruction::Mul: {
1098     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1099     computeKnownBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW, KnownZero,
1100                         KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1101     break;
1102   }
1103   case Instruction::UDiv: {
1104     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
1105     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
1106     // be less than the denominator.
1107     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1108     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
1109
1110     KnownOne2.clearAllBits();
1111     KnownZero2.clearAllBits();
1112     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1113     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
1114     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
1115       LeadZ = std::min(BitWidth,
1116                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
1117
1118     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
1119     break;
1120   }
1121   case Instruction::Select:
1122     computeKnownBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1123     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1124
1125     // Only known if known in both the LHS and RHS.
1126     KnownOne &= KnownOne2;
1127     KnownZero &= KnownZero2;
1128     break;
1129   case Instruction::FPTrunc:
1130   case Instruction::FPExt:
1131   case Instruction::FPToUI:
1132   case Instruction::FPToSI:
1133   case Instruction::SIToFP:
1134   case Instruction::UIToFP:
1135     break; // Can't work with floating point.
1136   case Instruction::PtrToInt:
1137   case Instruction::IntToPtr:
1138   case Instruction::AddrSpaceCast: // Pointers could be different sizes.
1139     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
1140   case Instruction::ZExt:
1141   case Instruction::Trunc: {
1142     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1143
1144     unsigned SrcBitWidth;
1145     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
1146     // which fall through here.
1147     SrcBitWidth = DL.getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
1148
1149     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
1150     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1151     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
1152     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1153     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
1154     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
1155     // Any top bits are known to be zero.
1156     if (BitWidth > SrcBitWidth)
1157       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1158     break;
1159   }
1160   case Instruction::BitCast: {
1161     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
1162     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy() ||
1163          SrcTy->isFloatingPointTy()) &&
1164         // TODO: For now, not handling conversions like:
1165         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
1166         !I->getType()->isVectorTy()) {
1167       computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1168       break;
1169     }
1170     break;
1171   }
1172   case Instruction::SExt: {
1173     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
1174     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1175
1176     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
1177     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
1178     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1179     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
1180     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
1181
1182     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
1183     // top bits of the result.
1184     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
1185       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1186     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
1187       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
1188     break;
1189   }
1190   case Instruction::Shl: {
1191     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
1192     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1193       return (KnownZero << ShiftAmt) |
1194              APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // Low bits known 0.
1195     };
1196
1197     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1198       return KnownOne << ShiftAmt;
1199     };
1200
1201     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1202                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1203                                       KZF, KOF);
1204     break;
1205   }
1206   case Instruction::LShr: {
1207     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1208     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1209       return APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt) |
1210              // High bits known zero.
1211              APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
1212     };
1213
1214     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1215       return APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
1216     };
1217
1218     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1219                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1220                                       KZF, KOF);
1221     break;
1222   }
1223   case Instruction::AShr: {
1224     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
1225     auto KZF = [BitWidth](const APInt &KnownZero, unsigned ShiftAmt) {
1226       return APIntOps::ashr(KnownZero, ShiftAmt);
1227     };
1228
1229     auto KOF = [BitWidth](const APInt &KnownOne, unsigned ShiftAmt) {
1230       return APIntOps::ashr(KnownOne, ShiftAmt);
1231     };
1232
1233     computeKnownBitsFromShiftOperator(I, KnownZero, KnownOne,
1234                                       KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q,
1235                                       KZF, KOF);
1236     break;
1237   }
1238   case Instruction::Sub: {
1239     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1240     computeKnownBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1241                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1242                            Depth, Q);
1243     break;
1244   }
1245   case Instruction::Add: {
1246     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
1247     computeKnownBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
1248                            KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1249                            Depth, Q);
1250     break;
1251   }
1252   case Instruction::SRem:
1253     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1254       APInt RA = Rem->getValue().abs();
1255       if (RA.isPowerOf2()) {
1256         APInt LowBits = RA - 1;
1257         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1,
1258                          Q);
1259
1260         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
1261         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
1262         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
1263
1264         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
1265         // the upper bits are all zero.
1266         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
1267           KnownZero |= ~LowBits;
1268
1269         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
1270         // the upper bits are all one.
1271         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
1272           KnownOne |= ~LowBits;
1273
1274         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1275       }
1276     }
1277
1278     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
1279     // remainder is zero.
1280     if (KnownZero.isNonNegative()) {
1281       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
1282       computeKnownBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL,
1283                        Depth + 1, Q);
1284       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
1285       if (LHSKnownZero.isNegative())
1286         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
1287     }
1288
1289     break;
1290   case Instruction::URem: {
1291     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1292       APInt RA = Rem->getValue();
1293       if (RA.isPowerOf2()) {
1294         APInt LowBits = (RA - 1);
1295         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
1296                          Q);
1297         KnownZero |= ~LowBits;
1298         KnownOne &= LowBits;
1299         break;
1300       }
1301     }
1302
1303     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
1304     // zero bits in either operand must also exist in the result.
1305     computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1306     computeKnownBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1307
1308     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
1309                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
1310     KnownOne.clearAllBits();
1311     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
1312     break;
1313   }
1314
1315   case Instruction::Alloca: {
1316     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(I);
1317     unsigned Align = AI->getAlignment();
1318     if (Align == 0)
1319       Align = DL.getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
1320
1321     if (Align > 0)
1322       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1323     break;
1324   }
1325   case Instruction::GetElementPtr: {
1326     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
1327     // to determine if we can prove known low zero bits.
1328     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
1329     computeKnownBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL,
1330                      Depth + 1, Q);
1331     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
1332
1333     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
1334     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
1335       Value *Index = I->getOperand(i);
1336       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1337         // Handle struct member offset arithmetic.
1338
1339         // Handle case when index is vector zeroinitializer
1340         Constant *CIndex = cast<Constant>(Index);
1341         if (CIndex->isZeroValue())
1342           continue;
1343
1344         if (CIndex->getType()->isVectorTy())
1345           Index = CIndex->getSplatValue();
1346
1347         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
1348         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1349         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
1350         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
1351                                     countTrailingZeros(Offset));
1352       } else {
1353         // Handle array index arithmetic.
1354         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
1355         if (!IndexedTy->isSized()) {
1356           TrailZ = 0;
1357           break;
1358         }
1359         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
1360         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(IndexedTy);
1361         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
1362         computeKnownBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, DL, Depth + 1,
1363                          Q);
1364         TrailZ = std::min(TrailZ,
1365                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
1366                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
1367       }
1368     }
1369
1370     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
1371     break;
1372   }
1373   case Instruction::PHI: {
1374     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
1375     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
1376     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
1377     // this is sufficient to catch some interesting cases.
1378     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
1379       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
1380         Value *L = P->getIncomingValue(i);
1381         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
1382         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
1383         if (!LU)
1384           continue;
1385         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
1386         // Check for operations that have the property that if
1387         // both their operands have low zero bits, the result
1388         // will have low zero bits.
1389         if (Opcode == Instruction::Add ||
1390             Opcode == Instruction::Sub ||
1391             Opcode == Instruction::And ||
1392             Opcode == Instruction::Or ||
1393             Opcode == Instruction::Mul) {
1394           Value *LL = LU->getOperand(0);
1395           Value *LR = LU->getOperand(1);
1396           // Find a recurrence.
1397           if (LL == I)
1398             L = LR;
1399           else if (LR == I)
1400             L = LL;
1401           else
1402             break;
1403           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
1404           // zero bits.
1405           computeKnownBits(R, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth + 1, Q);
1406
1407           // We need to take the minimum number of known bits
1408           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
1409           computeKnownBits(L, KnownZero3, KnownOne3, DL, Depth + 1, Q);
1410
1411           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
1412                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
1413                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
1414           break;
1415         }
1416       }
1417     }
1418
1419     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
1420     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
1421       break;
1422
1423     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
1424     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
1425     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
1426       // Skip if every incoming value references to ourself.
1427       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
1428         break;
1429
1430       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1431       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1432       for (Value *IncValue : P->incoming_values()) {
1433         // Skip direct self references.
1434         if (IncValue == P) continue;
1435
1436         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
1437         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
1438         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
1439         // want to waste time spinning around in loops.
1440         computeKnownBits(IncValue, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1441                          MaxDepth - 1, Q);
1442         KnownZero &= KnownZero2;
1443         KnownOne &= KnownOne2;
1444         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
1445         // more operands.
1446         if (!KnownZero && !KnownOne)
1447           break;
1448       }
1449     }
1450     break;
1451   }
1452   case Instruction::Call:
1453   case Instruction::Invoke:
1454     if (MDNode *MD = cast<Instruction>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1455       computeKnownBitsFromRangeMetadata(*MD, KnownZero);
1456     // If a range metadata is attached to this IntrinsicInst, intersect the
1457     // explicit range specified by the metadata and the implicit range of
1458     // the intrinsic.
1459     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1460       switch (II->getIntrinsicID()) {
1461       default: break;
1462       case Intrinsic::bswap:
1463         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1464                          Depth + 1, Q);
1465         KnownZero |= KnownZero2.byteSwap();
1466         KnownOne |= KnownOne2.byteSwap();
1467         break;
1468       case Intrinsic::ctlz:
1469       case Intrinsic::cttz: {
1470         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
1471         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
1472         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
1473           LowBits -= 1;
1474         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
1475         break;
1476       }
1477       case Intrinsic::ctpop: {
1478         computeKnownBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, DL,
1479                          Depth + 1, Q);
1480         // We can bound the space the count needs.  Also, bits known to be zero
1481         // can't contribute to the population.
1482         unsigned BitsPossiblySet = BitWidth - KnownZero2.countPopulation();
1483         unsigned LeadingZeros =
1484           APInt(BitWidth, BitsPossiblySet).countLeadingZeros();
1485         assert(LeadingZeros <= BitWidth);
1486         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadingZeros);
1487         KnownOne &= ~KnownZero;
1488         // TODO: we could bound KnownOne using the lower bound on the number
1489         // of bits which might be set provided by popcnt KnownOne2.
1490         break;
1491       }
1492       case Intrinsic::fabs: {
1493         Type *Ty = II->getType();
1494         APInt SignBit = APInt::getSignBit(Ty->getScalarSizeInBits());
1495         KnownZero |= APInt::getSplat(Ty->getPrimitiveSizeInBits(), SignBit);
1496         break;
1497       }
1498       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
1499         KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(64, 32);
1500         break;
1501       }
1502     }
1503     break;
1504   case Instruction::ExtractValue:
1505     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
1506       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
1507       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
1508       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
1509         switch (II->getIntrinsicID()) {
1510         default: break;
1511         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1512         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1513           computeKnownBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
1514                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1515                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1516           break;
1517         case Intrinsic::usub_with_overflow:
1518         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1519           computeKnownBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
1520                                  II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
1521                                  KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL, Depth, Q);
1522           break;
1523         case Intrinsic::umul_with_overflow:
1524         case Intrinsic::smul_with_overflow:
1525           computeKnownBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1), false,
1526                               KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, DL,
1527                               Depth, Q);
1528           break;
1529         }
1530       }
1531     }
1532   }
1533 }
1534
1535 static unsigned getAlignment(const Value *V, const DataLayout &DL) {
1536   unsigned Align = 0;
1537   if (auto *GO = dyn_cast<GlobalObject>(V)) {
1538     Align = GO->getAlignment();
1539     if (Align == 0) {
1540       if (auto *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GO)) {
1541         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
1542         if (ObjectType->isSized()) {
1543           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
1544           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
1545           // may only have the minimum ABI alignment.
1546           if (GVar->isStrongDefinitionForLinker())
1547             Align = DL.getPreferredAlignment(GVar);
1548           else
1549             Align = DL.getABITypeAlignment(ObjectType);
1550         }
1551       }
1552     }
1553   } else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
1554     Align = A->getType()->isPointerTy() ? A->getParamAlignment() : 0;
1555
1556     if (!Align && A->hasStructRetAttr()) {
1557       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
1558       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
1559       if (EltTy->isSized())
1560         Align = DL.getABITypeAlignment(EltTy);
1561     }
1562   } else if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
1563     Align = AI->getAlignment();
1564   else if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
1565     Align = CS.getAttributes().getParamAlignment(AttributeSet::ReturnIndex);
1566   else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
1567     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_align)) {
1568       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
1569       Align = CI->getLimitedValue();
1570     }
1571
1572   return Align;
1573 }
1574
1575 /// Determine which bits of V are known to be either zero or one and return
1576 /// them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
1577 ///
1578 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
1579 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
1580 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
1581 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
1582 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
1583 /// this won't lose us code quality.
1584 ///
1585 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1586 /// type, and vectors of integers.  In the case
1587 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
1588 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1589 /// for all of the elements in the vector.
1590 void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
1591                       const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1592   assert(V && "No Value?");
1593   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1594   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
1595
1596   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1597           V->getType()->isFPOrFPVectorTy() ||
1598           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1599          "Not integer, floating point, or pointer type!");
1600   assert((DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
1601          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
1602           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
1603          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
1604          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
1605          "V, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
1606
1607   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1608     // We know all of the bits for a constant!
1609     KnownOne = CI->getValue();
1610     KnownZero = ~KnownOne;
1611     return;
1612   }
1613   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
1614   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
1615       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
1616     KnownOne.clearAllBits();
1617     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
1618     return;
1619   }
1620   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
1621   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
1622   // we don't handle undef in any particularly useful way.
1623   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1624     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
1625     // each element.
1626     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
1627     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
1628     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
1629       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
1630       KnownZero &= ~Elt;
1631       KnownOne &= Elt;
1632     }
1633     return;
1634   }
1635
1636   // Start out not knowing anything.
1637   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
1638
1639   // Limit search depth.
1640   // All recursive calls that increase depth must come after this.
1641   if (Depth == MaxDepth)
1642     return;
1643
1644   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
1645   // the bits of its aliasee.
1646   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1647     if (!GA->mayBeOverridden())
1648       computeKnownBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1, Q);
1649     return;
1650   }
1651
1652   if (Operator *I = dyn_cast<Operator>(V))
1653     computeKnownBitsFromOperator(I, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1654
1655   // Aligned pointers have trailing zeros - refine KnownZero set
1656   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1657     unsigned Align = getAlignment(V, DL);
1658     if (Align)
1659       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
1660   }
1661
1662   // computeKnownBitsFromAssume and computeKnownBitsFromDominatingCondition
1663   // strictly refines KnownZero and KnownOne. Therefore, we run them after
1664   // computeKnownBitsFromOperator.
1665
1666   // Check whether a nearby assume intrinsic can determine some known bits.
1667   computeKnownBitsFromAssume(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1668
1669   // Check whether there's a dominating condition which implies something about
1670   // this value at the given context.
1671   if (EnableDomConditions && Depth <= DomConditionsMaxDepth)
1672     computeKnownBitsFromDominatingCondition(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
1673                                             Q);
1674
1675   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1676 }
1677
1678 /// Determine whether the sign bit is known to be zero or one.
1679 /// Convenience wrapper around computeKnownBits.
1680 void ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
1681                     const DataLayout &DL, unsigned Depth, const Query &Q) {
1682   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), DL);
1683   if (!BitWidth) {
1684     KnownZero = false;
1685     KnownOne = false;
1686     return;
1687   }
1688   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
1689   APInt OneBits(BitWidth, 0);
1690   computeKnownBits(V, ZeroBits, OneBits, DL, Depth, Q);
1691   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
1692   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
1693 }
1694
1695 /// Return true if the given value is known to have exactly one
1696 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
1697 /// be a power of two when defined. Supports values with integer or pointer
1698 /// types and vectors of integers.
1699 bool isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth,
1700                             const Query &Q, const DataLayout &DL) {
1701   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1702     if (C->isNullValue())
1703       return OrZero;
1704     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
1705       return CI->getValue().isPowerOf2();
1706     // TODO: Handle vector constants.
1707   }
1708
1709   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
1710   // it is shifted off the end then the result is undefined.
1711   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
1712     return true;
1713
1714   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
1715   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
1716   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
1717     return true;
1718
1719   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1720   if (Depth++ == MaxDepth)
1721     return false;
1722
1723   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1724   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
1725   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
1726                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
1727     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL);
1728
1729   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
1730     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth, Q, DL);
1731
1732   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
1733     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth, Q, DL) &&
1734            isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth, Q, DL);
1735
1736   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1737     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
1738     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL) ||
1739         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ true, Depth, Q, DL))
1740       return true;
1741     // X & (-X) is always a power of two or zero.
1742     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
1743       return true;
1744     return false;
1745   }
1746
1747   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
1748   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
1749   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1750     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1751     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
1752       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
1753           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
1754         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth, Q, DL))
1755           return true;
1756       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
1757           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
1758         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth, Q, DL))
1759           return true;
1760
1761       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
1762       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
1763       computeKnownBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, DL, Depth, Q);
1764
1765       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
1766       computeKnownBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, DL, Depth, Q);
1767       // If i8 V is a power of two or zero:
1768       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
1769       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
1770       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
1771         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
1772         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
1773         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
1774           return true;
1775     }
1776   }
1777
1778   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
1779   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
1780   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
1781   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
1782       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
1783     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero,
1784                                   Depth, Q, DL);
1785   }
1786
1787   return false;
1788 }
1789
1790 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
1791 ///
1792 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
1793 /// to be non-null.
1794 ///
1795 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
1796 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout &DL,
1797                               unsigned Depth, const Query &Q) {
1798   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
1799     return false;
1800
1801   // FIXME: Support vector-GEPs.
1802   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
1803
1804   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
1805   // inbounds GEP in address space zero.
1806   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth, Q))
1807     return true;
1808
1809   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
1810   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
1811   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
1812   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
1813        GTI != GTE; ++GTI) {
1814     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
1815     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
1816       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
1817       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
1818       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
1819       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
1820       if (ElementOffset > 0)
1821         return true;
1822       continue;
1823     }
1824
1825     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
1826     if (DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
1827       continue;
1828
1829     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
1830     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
1831     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
1832       if (!OpC->isZero())
1833         return true;
1834       continue;
1835     }
1836
1837     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
1838     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
1839     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
1840     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
1841     // of depth.
1842     if (Depth++ >= MaxDepth)
1843       continue;
1844
1845     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth, Q))
1846       return true;
1847   }
1848
1849   return false;
1850 }
1851
1852 /// Does the 'Range' metadata (which must be a valid MD_range operand list)
1853 /// ensure that the value it's attached to is never Value?  'RangeType' is
1854 /// is the type of the value described by the range.
1855 static bool rangeMetadataExcludesValue(MDNode* Ranges,
1856                                        const APInt& Value) {
1857   const unsigned NumRanges = Ranges->getNumOperands() / 2;
1858   assert(NumRanges >= 1);
1859   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
1860     ConstantInt *Lower =
1861         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 0));
1862     ConstantInt *Upper =
1863         mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges->getOperand(2 * i + 1));
1864     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
1865     if (Range.contains(Value))
1866       return false;
1867   }
1868   return true;
1869 }
1870
1871 /// Return true if the given value is known to be non-zero when defined.
1872 /// For vectors return true if every element is known to be non-zero when
1873 /// defined. Supports values with integer or pointer type and vectors of
1874 /// integers.
1875 bool isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
1876                     const Query &Q) {
1877   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1878     if (C->isNullValue())
1879       return false;
1880     if (isa<ConstantInt>(C))
1881       // Must be non-zero due to null test above.
1882       return true;
1883     // TODO: Handle vectors
1884     return false;
1885   }
1886
1887   if (Instruction* I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1888     if (MDNode *Ranges = I->getMetadata(LLVMContext::MD_range)) {
1889       // If the possible ranges don't contain zero, then the value is
1890       // definitely non-zero.
1891       if (IntegerType* Ty = dyn_cast<IntegerType>(V->getType())) {
1892         const APInt ZeroValue(Ty->getBitWidth(), 0);
1893         if (rangeMetadataExcludesValue(Ranges, ZeroValue))
1894           return true;
1895       }
1896     }
1897   }
1898
1899   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
1900   if (Depth++ >= MaxDepth)
1901     return false;
1902
1903   // Check for pointer simplifications.
1904   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1905     if (isKnownNonNull(V))
1906       return true; 
1907     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
1908       if (isGEPKnownNonNull(GEP, DL, Depth, Q))
1909         return true;
1910   }
1911
1912   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), DL);
1913
1914   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
1915   Value *X = nullptr, *Y = nullptr;
1916   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
1917     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q);
1918
1919   // ext X != 0 if X != 0.
1920   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1921     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), DL, Depth, Q);
1922
1923   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1924   // if the lowest bit is shifted off the end.
1925   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1926     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1927     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1928     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1929       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1930
1931     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1932     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1933     computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1934     if (KnownOne[0])
1935       return true;
1936   }
1937   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1938   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1939   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1940     // shr exact can only shift out zero bits.
1941     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1942     if (BO->isExact())
1943       return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1944
1945     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1946     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1947     if (XKnownNegative)
1948       return true;
1949
1950     // If the shifter operand is a constant, and all of the bits shifted
1951     // out are known to be zero, and X is known non-zero then at least one
1952     // non-zero bit must remain.
1953     if (ConstantInt *Shift = dyn_cast<ConstantInt>(Y)) {
1954       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1955       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1956       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1957       
1958       auto ShiftVal = Shift->getLimitedValue(BitWidth - 1);
1959       // Is there a known one in the portion not shifted out?
1960       if (KnownOne.countLeadingZeros() < BitWidth - ShiftVal)
1961         return true;
1962       // Are all the bits to be shifted out known zero?
1963       if (KnownZero.countTrailingOnes() >= ShiftVal)
1964         return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1965     }
1966   }
1967   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1968   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1969     return isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q);
1970   }
1971   // X + Y.
1972   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1973     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1974     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1975     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, DL, Depth, Q);
1976     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, DL, Depth, Q);
1977
1978     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1979     // zero unless both X and Y are zero.
1980     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1981       if (isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) || isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
1982         return true;
1983
1984     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1985     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1986     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1987       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1988       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1989       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1990       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1991       // to INT_MIN.
1992       computeKnownBits(X, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1993       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1994         return true;
1995       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1996       // to INT_MIN.
1997       computeKnownBits(Y, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
1998       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1999         return true;
2000     }
2001
2002     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
2003     if (XKnownNonNegative &&
2004         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2005       return true;
2006     if (YKnownNonNegative &&
2007         isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/ false, Depth, Q, DL))
2008       return true;
2009   }
2010   // X * Y.
2011   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
2012     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
2013     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
2014     // does not overflow.
2015     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
2016         isKnownNonZero(X, DL, Depth, Q) && isKnownNonZero(Y, DL, Depth, Q))
2017       return true;
2018   }
2019   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
2020   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2021     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), DL, Depth, Q) &&
2022         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), DL, Depth, Q))
2023       return true;
2024   }
2025   // PHI
2026   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2027     // Try and detect a recurrence that monotonically increases from a
2028     // starting value, as these are common as induction variables.
2029     if (PN->getNumIncomingValues() == 2) {
2030       Value *Start = PN->getIncomingValue(0);
2031       Value *Induction = PN->getIncomingValue(1);
2032       if (isa<ConstantInt>(Induction) && !isa<ConstantInt>(Start))
2033         std::swap(Start, Induction);
2034       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Start)) {
2035         if (!C->isZero() && !C->isNegative()) {
2036           ConstantInt *X;
2037           if ((match(Induction, m_NSWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X))) ||
2038                match(Induction, m_NUWAdd(m_Specific(PN), m_ConstantInt(X)))) &&
2039               !X->isNegative())
2040             return true;
2041         }
2042       }
2043     }
2044   }
2045
2046   if (!BitWidth) return false;
2047   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
2048   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
2049   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2050   return KnownOne != 0;
2051 }
2052
2053 /// Return true if V2 == V1 + X, where X is known non-zero.
2054 static bool isAddOfNonZero(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2055                            const Query &Q) {
2056   BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V1);
2057   if (!BO || BO->getOpcode() != Instruction::Add)
2058     return false;
2059   Value *Op = nullptr;
2060   if (V2 == BO->getOperand(0))
2061     Op = BO->getOperand(1);
2062   else if (V2 == BO->getOperand(1))
2063     Op = BO->getOperand(0);
2064   else
2065     return false;
2066   return isKnownNonZero(Op, DL, 0, Q);
2067 }
2068
2069 /// Return true if it is known that V1 != V2.
2070 static bool isKnownNonEqual(Value *V1, Value *V2, const DataLayout &DL,
2071                             const Query &Q) {
2072   if (V1->getType()->isVectorTy() || V1 == V2)
2073     return false;
2074   if (V1->getType() != V2->getType())
2075     // We can't look through casts yet.
2076     return false;
2077   if (isAddOfNonZero(V1, V2, DL, Q) || isAddOfNonZero(V2, V1, DL, Q))
2078     return true;
2079
2080   if (IntegerType *Ty = dyn_cast<IntegerType>(V1->getType())) {
2081     // Are any known bits in V1 contradictory to known bits in V2? If V1
2082     // has a known zero where V2 has a known one, they must not be equal.
2083     auto BitWidth = Ty->getBitWidth();
2084     APInt KnownZero1(BitWidth, 0);
2085     APInt KnownOne1(BitWidth, 0);
2086     computeKnownBits(V1, KnownZero1, KnownOne1, DL, 0, Q);
2087     APInt KnownZero2(BitWidth, 0);
2088     APInt KnownOne2(BitWidth, 0);
2089     computeKnownBits(V2, KnownZero2, KnownOne2, DL, 0, Q);
2090
2091     auto OppositeBits = (KnownZero1 & KnownOne2) | (KnownZero2 & KnownOne1);
2092     if (OppositeBits.getBoolValue())
2093       return true;
2094   }
2095   return false;
2096 }
2097
2098 /// Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use this predicate to
2099 /// simplify operations downstream. Mask is known to be zero for bits that V
2100 /// cannot have.
2101 ///
2102 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
2103 /// type, and vectors of integers.  In the case
2104 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
2105 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
2106 /// for all of the elements in the vector.
2107 bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask, const DataLayout &DL,
2108                        unsigned Depth, const Query &Q) {
2109   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
2110   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2111   return (KnownZero & Mask) == Mask;
2112 }
2113
2114
2115
2116 /// Return the number of times the sign bit of the register is replicated into
2117 /// the other bits. We know that at least 1 bit is always equal to the sign bit
2118 /// (itself), but other cases can give us information. For example, immediately
2119 /// after an "ashr X, 2", we know that the top 3 bits are all equal to each
2120 /// other, so we return 3.
2121 ///
2122 /// 'Op' must have a scalar integer type.
2123 ///
2124 unsigned ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
2125                             const Query &Q) {
2126   unsigned TyBits = DL.getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType());
2127   unsigned Tmp, Tmp2;
2128   unsigned FirstAnswer = 1;
2129
2130   // Note that ConstantInt is handled by the general computeKnownBits case
2131   // below.
2132
2133   if (Depth == 6)
2134     return 1;  // Limit search depth.
2135
2136   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
2137   switch (Operator::getOpcode(V)) {
2138   default: break;
2139   case Instruction::SExt:
2140     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
2141     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q) + Tmp;
2142
2143   case Instruction::SDiv: {
2144     const APInt *Denominator;
2145     // sdiv X, C -> adds log(C) sign bits.
2146     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2147
2148       // Ignore non-positive denominator.
2149       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2150         break;
2151
2152       // Calculate the incoming numerator bits.
2153       unsigned NumBits = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2154
2155       // Add floor(log(C)) bits to the numerator bits.
2156       return std::min(TyBits, NumBits + Denominator->logBase2());
2157     }
2158     break;
2159   }
2160
2161   case Instruction::SRem: {
2162     const APInt *Denominator;
2163     // srem X, C -> we know that the result is within [-C+1,C) when C is a
2164     // positive constant.  This let us put a lower bound on the number of sign
2165     // bits.
2166     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(Denominator))) {
2167
2168       // Ignore non-positive denominator.
2169       if (!Denominator->isStrictlyPositive())
2170         break;
2171
2172       // Calculate the incoming numerator bits. SRem by a positive constant
2173       // can't lower the number of sign bits.
2174       unsigned NumrBits =
2175           ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2176
2177       // Calculate the leading sign bit constraints by examining the
2178       // denominator.  Given that the denominator is positive, there are two
2179       // cases:
2180       //
2181       //  1. the numerator is positive.  The result range is [0,C) and [0,C) u<
2182       //     (1 << ceilLogBase2(C)).
2183       //
2184       //  2. the numerator is negative.  Then the result range is (-C,0] and
2185       //     integers in (-C,0] are either 0 or >u (-1 << ceilLogBase2(C)).
2186       //
2187       // Thus a lower bound on the number of sign bits is `TyBits -
2188       // ceilLogBase2(C)`.
2189
2190       unsigned ResBits = TyBits - Denominator->ceilLogBase2();
2191       return std::max(NumrBits, ResBits);
2192     }
2193     break;
2194   }
2195
2196   case Instruction::AShr: {
2197     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2198     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
2199     const APInt *ShAmt;
2200     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2201       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
2202       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
2203     }
2204     return Tmp;
2205   }
2206   case Instruction::Shl: {
2207     const APInt *ShAmt;
2208     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
2209       // shl destroys sign bits.
2210       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2211       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
2212       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
2213           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
2214       return Tmp - Tmp2;
2215     }
2216     break;
2217   }
2218   case Instruction::And:
2219   case Instruction::Or:
2220   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
2221     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
2222     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2223     if (Tmp != 1) {
2224       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2225       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
2226       // We computed what we know about the sign bits as our first
2227       // answer. Now proceed to the generic code that uses
2228       // computeKnownBits, and pick whichever answer is better.
2229     }
2230     break;
2231
2232   case Instruction::Select:
2233     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2234     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2235     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), DL, Depth + 1, Q);
2236     return std::min(Tmp, Tmp2);
2237
2238   case Instruction::Add:
2239     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2240     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2241     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2242     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2243
2244     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
2245     if (const auto *CRHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(1)))
2246       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
2247         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2248         computeKnownBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2249                          Q);
2250
2251         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2252         // sign bits set.
2253         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2254           return TyBits;
2255
2256         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
2257         // out of the result.
2258         if (KnownZero.isNegative())
2259           return Tmp;
2260       }
2261
2262     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2263     if (Tmp2 == 1) return 1;
2264     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2265
2266   case Instruction::Sub:
2267     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), DL, Depth + 1, Q);
2268     if (Tmp2 == 1) return 1;
2269
2270     // Handle NEG.
2271     if (const auto *CLHS = dyn_cast<Constant>(U->getOperand(0)))
2272       if (CLHS->isNullValue()) {
2273         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2274         computeKnownBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, DL, Depth + 1,
2275                          Q);
2276         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
2277         // sign bits set.
2278         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
2279           return TyBits;
2280
2281         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
2282         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
2283         if (KnownZero.isNegative())
2284           return Tmp2;
2285
2286         // Otherwise, we treat this like a SUB.
2287       }
2288
2289     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
2290     // is, at worst, one more bit than the inputs.
2291     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), DL, Depth + 1, Q);
2292     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
2293     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
2294
2295   case Instruction::PHI: {
2296     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
2297     unsigned NumIncomingValues = PN->getNumIncomingValues();
2298     // Don't analyze large in-degree PHIs.
2299     if (NumIncomingValues > 4) break;
2300     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
2301     if (NumIncomingValues == 0) break;
2302
2303     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
2304     // because of our depth threshold.
2305     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), DL, Depth + 1, Q);
2306     for (unsigned i = 1, e = NumIncomingValues; i != e; ++i) {
2307       if (Tmp == 1) return Tmp;
2308       Tmp = std::min(
2309           Tmp, ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), DL, Depth + 1, Q));
2310     }
2311     return Tmp;
2312   }
2313
2314   case Instruction::Trunc:
2315     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
2316     // case for targets like X86.
2317     break;
2318   }
2319
2320   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
2321   // use this information.
2322   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
2323   APInt Mask;
2324   computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth, Q);
2325
2326   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
2327     Mask = KnownZero;
2328   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
2329     Mask = KnownOne;
2330   } else {
2331     // Nothing known.
2332     return FirstAnswer;
2333   }
2334
2335   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
2336   // the number of identical bits in the top of the input value.
2337   Mask = ~Mask;
2338   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
2339   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
2340   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
2341   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
2342 }
2343
2344 /// This function computes the integer multiple of Base that equals V.
2345 /// If successful, it returns true and returns the multiple in
2346 /// Multiple. If unsuccessful, it returns false. It looks
2347 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
2348 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
2349                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
2350   const unsigned MaxDepth = 6;
2351
2352   assert(V && "No Value?");
2353   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
2354   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
2355
2356   Type *T = V->getType();
2357
2358   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
2359
2360   if (Base == 0)
2361     return false;
2362
2363   if (Base == 1) {
2364     Multiple = V;
2365     return true;
2366   }
2367
2368   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
2369   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
2370   if (CO && CO == BaseVal) {
2371     // Multiple is 1.
2372     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
2373     return true;
2374   }
2375
2376   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
2377     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
2378     return true;
2379   }
2380
2381   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
2382
2383   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2384   if (!I) return false;
2385
2386   switch (I->getOpcode()) {
2387   default: break;
2388   case Instruction::SExt:
2389     if (!LookThroughSExt) return false;
2390     // otherwise fall through to ZExt
2391   case Instruction::ZExt:
2392     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
2393                            LookThroughSExt, Depth+1);
2394   case Instruction::Shl:
2395   case Instruction::Mul: {
2396     Value *Op0 = I->getOperand(0);
2397     Value *Op1 = I->getOperand(1);
2398
2399     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
2400       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
2401       if (!Op1CI) return false;
2402       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
2403       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
2404       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
2405       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
2406       API.setBit(BitToSet);
2407       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
2408     }
2409
2410     Value *Mul0 = nullptr;
2411     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2412       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
2413         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
2414           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2415               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2416             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
2417           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2418               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2419             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
2420
2421           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
2422           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
2423           return true;
2424         }
2425
2426       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
2427         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
2428           // V == Base * Op1, so return Op1
2429           Multiple = Op1;
2430           return true;
2431         }
2432     }
2433
2434     Value *Mul1 = nullptr;
2435     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
2436       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
2437         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
2438           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
2439               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2440             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
2441           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
2442               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
2443             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
2444
2445           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
2446           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
2447           return true;
2448         }
2449
2450       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
2451         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
2452           // V == Base * Op0, so return Op0
2453           Multiple = Op0;
2454           return true;
2455         }
2456     }
2457   }
2458   }
2459
2460   // We could not determine if V is a multiple of Base.
2461   return false;
2462 }
2463
2464 /// Return true if we can prove that the specified FP value is never equal to
2465 /// -0.0.
2466 ///
2467 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
2468 /// rounding modes!
2469 ///
2470 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2471   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2472     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
2473
2474   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2475   // used similarly in CannotBeOrderedLessThanZero(). A better fix may be to
2476   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2477   if (Depth == 6)
2478     return false;  // Limit search depth.
2479
2480   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2481   if (!I) return false;
2482
2483   // Check if the nsz fast-math flag is set
2484   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
2485     if (FPO->hasNoSignedZeros())
2486       return true;
2487
2488   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
2489   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
2490     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
2491       if (CFP->isNullValue())
2492         return true;
2493
2494   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
2495   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
2496     return true;
2497
2498   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
2499     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
2500     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
2501       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
2502
2503   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
2504     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
2505       if (F->isDeclaration()) {
2506         // abs(x) != -0.0
2507         if (F->getName() == "abs") return true;
2508         // fabs[lf](x) != -0.0
2509         if (F->getName() == "fabs") return true;
2510         if (F->getName() == "fabsf") return true;
2511         if (F->getName() == "fabsl") return true;
2512         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
2513             F->getName() == "sqrtl")
2514           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
2515       }
2516     }
2517
2518   return false;
2519 }
2520
2521 bool llvm::CannotBeOrderedLessThanZero(const Value *V, unsigned Depth) {
2522   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
2523     return !CFP->getValueAPF().isNegative() || CFP->getValueAPF().isZero();
2524
2525   // FIXME: Magic number! At the least, this should be given a name because it's
2526   // used similarly in CannotBeNegativeZero(). A better fix may be to
2527   // expose it as a parameter, so it can be used for testing / experimenting.
2528   if (Depth == 6)
2529     return false;  // Limit search depth.
2530
2531   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
2532   if (!I) return false;
2533
2534   switch (I->getOpcode()) {
2535   default: break;
2536   case Instruction::FMul:
2537     // x*x is always non-negative or a NaN.
2538     if (I->getOperand(0) == I->getOperand(1)) 
2539       return true;
2540     // Fall through
2541   case Instruction::FAdd:
2542   case Instruction::FDiv:
2543   case Instruction::FRem:
2544     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1) &&
2545            CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(1), Depth+1);
2546   case Instruction::FPExt:
2547   case Instruction::FPTrunc:
2548     // Widening/narrowing never change sign.
2549     return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2550   case Instruction::Call: 
2551     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) 
2552       switch (II->getIntrinsicID()) {
2553       default: break;
2554       case Intrinsic::exp:
2555       case Intrinsic::exp2:
2556       case Intrinsic::fabs:
2557       case Intrinsic::sqrt:
2558         return true;
2559       case Intrinsic::powi: 
2560         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2561           // powi(x,n) is non-negative if n is even.
2562           if (CI->getBitWidth() <= 64 && CI->getSExtValue() % 2u == 0)
2563             return true;
2564         }
2565         return CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(0), Depth+1);
2566       case Intrinsic::fma:
2567       case Intrinsic::fmuladd:
2568         // x*x+y is non-negative if y is non-negative.
2569         return I->getOperand(0) == I->getOperand(1) && 
2570                CannotBeOrderedLessThanZero(I->getOperand(2), Depth+1);
2571       }
2572     break;
2573   }
2574   return false; 
2575 }
2576
2577 /// If the specified value can be set by repeating the same byte in memory,
2578 /// return the i8 value that it is represented with.  This is
2579 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
2580 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
2581 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
2582 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
2583   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
2584   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
2585
2586   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
2587   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
2588     if (C->isNullValue())
2589       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
2590
2591   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
2592   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
2593   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
2594     if (CFP->getType()->isFloatTy())
2595       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
2596     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
2597       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
2598     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
2599   }
2600
2601   // We can handle constant integers that are multiple of 8 bits.
2602   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
2603     if (CI->getBitWidth() % 8 == 0) {
2604       assert(CI->getBitWidth() > 8 && "8 bits should be handled above!");
2605
2606       if (!CI->getValue().isSplat(8))
2607         return nullptr;
2608       return ConstantInt::get(V->getContext(), CI->getValue().trunc(8));
2609     }
2610   }
2611
2612   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
2613   // also splatable.
2614   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
2615     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
2616     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
2617     if (!Val)
2618       return nullptr;
2619
2620     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
2621       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
2622         return nullptr;
2623
2624     return Val;
2625   }
2626
2627   // Conceptually, we could handle things like:
2628   //   %a = zext i8 %X to i16
2629   //   %b = shl i16 %a, 8
2630   //   %c = or i16 %a, %b
2631   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
2632   // worth worrying about.
2633   return nullptr;
2634 }
2635
2636
2637 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
2638 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
2639 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
2640 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
2641 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
2642 // build on that.
2643 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
2644                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
2645                                 unsigned IdxSkip,
2646                                 Instruction *InsertBefore) {
2647   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
2648   if (STy) {
2649     // Save the original To argument so we can modify it
2650     Value *OrigTo = To;
2651     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
2652     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
2653       // Process each struct element recursively
2654       Idxs.push_back(i);
2655       Value *PrevTo = To;
2656       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
2657                              InsertBefore);
2658       Idxs.pop_back();
2659       if (!To) {
2660         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
2661         while (PrevTo != OrigTo) {
2662           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
2663           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
2664           Del->eraseFromParent();
2665         }
2666         // Stop processing elements
2667         break;
2668       }
2669     }
2670     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
2671     if (To)
2672       return To;
2673   }
2674   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
2675   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
2676   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
2677   // we might be able to find the complete struct somewhere.
2678
2679   // Find the value that is at that particular spot
2680   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
2681
2682   if (!V)
2683     return nullptr;
2684
2685   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
2686   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
2687                                        "tmp", InsertBefore);
2688 }
2689
2690 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
2691 // struct) into a new value. For example, given the struct:
2692 // { a, { b, { c, d }, e } }
2693 // and the indices "1, 1" this returns
2694 // { c, d }.
2695 //
2696 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
2697 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
2698 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
2699 // insertvalue instruction somewhere).
2700 //
2701 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
2702 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2703                                 Instruction *InsertBefore) {
2704   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
2705   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
2706                                                              idx_range);
2707   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
2708   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
2709   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
2710
2711   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
2712 }
2713
2714 /// Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
2715 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
2716 /// were inserted directly into the aggregrate.
2717 ///
2718 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
2719 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
2720 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
2721                                Instruction *InsertBefore) {
2722   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
2723   // recursion).
2724   if (idx_range.empty())
2725     return V;
2726   // We have indices, so V should have an indexable type.
2727   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
2728          "Not looking at a struct or array?");
2729   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
2730          "Invalid indices for type?");
2731
2732   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
2733     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
2734     if (!C) return nullptr;
2735     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
2736   }
2737
2738   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
2739     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
2740     // requested indices
2741     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
2742     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
2743          i != e; ++i, ++req_idx) {
2744       if (req_idx == idx_range.end()) {
2745         // We can't handle this without inserting insertvalues
2746         if (!InsertBefore)
2747           return nullptr;
2748
2749         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
2750         // this specially. For example,
2751         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
2752         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
2753         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
2754         // This can be changed into
2755         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
2756         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
2757         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
2758         // removed.
2759         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
2760                                  InsertBefore);
2761       }
2762
2763       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
2764       // See if the (aggregate) value inserted into has the value we are
2765       // looking for, then.
2766       if (*req_idx != *i)
2767         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
2768                                  InsertBefore);
2769     }
2770     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
2771     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
2772     // the inserted value, passing any remaining indices.
2773     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
2774                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
2775                              InsertBefore);
2776   }
2777
2778   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
2779     // If we're extracting a value from an aggregate that was extracted from
2780     // something else, we can extract from that something else directly instead.
2781     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
2782
2783     // Calculate the number of indices required
2784     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
2785     // Allocate some space to put the new indices in
2786     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
2787     Idxs.reserve(size);
2788     // Add indices from the extract value instruction
2789     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
2790
2791     // Add requested indices
2792     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
2793
2794     assert(Idxs.size() == size
2795            && "Number of indices added not correct?");
2796
2797     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
2798   }
2799   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
2800   // or load instruction)
2801   return nullptr;
2802 }
2803
2804 /// Analyze the specified pointer to see if it can be expressed as a base
2805 /// pointer plus a constant offset. Return the base and offset to the caller.
2806 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
2807                                               const DataLayout &DL) {
2808   unsigned BitWidth = DL.getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType());
2809   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
2810   while (1) {
2811     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
2812       break;
2813
2814     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2815       APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
2816       if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, GEPOffset))
2817         break;
2818
2819       ByteOffset += GEPOffset;
2820
2821       Ptr = GEP->getPointerOperand();
2822     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast ||
2823                Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::AddrSpaceCast) {
2824       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
2825     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
2826       if (GA->mayBeOverridden())
2827         break;
2828       Ptr = GA->getAliasee();
2829     } else {
2830       break;
2831     }
2832   }
2833   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
2834   return Ptr;
2835 }
2836
2837
2838 /// This function computes the length of a null-terminated C string pointed to
2839 /// by V. If successful, it returns true and returns the string in Str.
2840 /// If unsuccessful, it returns false.
2841 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
2842                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
2843   assert(V);
2844
2845   // Look through bitcast instructions and geps.
2846   V = V->stripPointerCasts();
2847
2848   // If the value is a GEP instruction or constant expression, treat it as an
2849   // offset.
2850   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
2851     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
2852     if (GEP->getNumOperands() != 3)
2853       return false;
2854
2855     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
2856     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
2857     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
2858     if (!AT || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
2859       return false;
2860
2861     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
2862     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
2863     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
2864     if (!FirstIdx || !FirstIdx->isZero())
2865       return false;
2866
2867     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
2868     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
2869     // the string.
2870     uint64_t StartIdx = 0;
2871     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
2872       StartIdx = CI->getZExtValue();
2873     else
2874       return false;
2875     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx + Offset,
2876                                  TrimAtNul);
2877   }
2878
2879   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
2880   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
2881   // initializer is the array that we'll use for optimization.
2882   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
2883   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
2884     return false;
2885
2886   // Handle the all-zeros case
2887   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
2888     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
2889     // length of the string must be zero.
2890     Str = "";
2891     return true;
2892   }
2893
2894   // Must be a Constant Array
2895   const ConstantDataArray *Array =
2896     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
2897   if (!Array || !Array->isString())
2898     return false;
2899
2900   // Get the number of elements in the array
2901   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
2902
2903   // Start out with the entire array in the StringRef.
2904   Str = Array->getAsString();
2905
2906   if (Offset > NumElts)
2907     return false;
2908
2909   // Skip over 'offset' bytes.
2910   Str = Str.substr(Offset);
2911
2912   if (TrimAtNul) {
2913     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
2914     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
2915     // some other way that the string is length-bound.
2916     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
2917   }
2918   return true;
2919 }
2920
2921 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
2922 // nodes.
2923 // TODO: See if we can integrate these two together.
2924
2925 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2926 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2927 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSetImpl<PHINode*> &PHIs) {
2928   // Look through noop bitcast instructions.
2929   V = V->stripPointerCasts();
2930
2931   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
2932   // or we haven't.
2933   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2934     if (!PHIs.insert(PN).second)
2935       return ~0ULL;  // already in the set.
2936
2937     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
2938     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
2939     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2940       uint64_t Len = GetStringLengthH(IncValue, PHIs);
2941       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
2942
2943       if (Len == ~0ULL) continue;
2944
2945       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
2946         return 0;    // Disagree -> unknown.
2947       LenSoFar = Len;
2948     }
2949
2950     // Success, all agree.
2951     return LenSoFar;
2952   }
2953
2954   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
2955   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
2956     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
2957     if (Len1 == 0) return 0;
2958     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
2959     if (Len2 == 0) return 0;
2960     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
2961     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
2962     if (Len1 != Len2) return 0;
2963     return Len1;
2964   }
2965
2966   // Otherwise, see if we can read the string.
2967   StringRef StrData;
2968   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
2969     return 0;
2970
2971   return StrData.size()+1;
2972 }
2973
2974 /// If we can compute the length of the string pointed to by
2975 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
2976 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
2977   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
2978
2979   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
2980   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
2981   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
2982   // an empty string as a length.
2983   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
2984 }
2985
2986 /// \brief \p PN defines a loop-variant pointer to an object.  Check if the
2987 /// previous iteration of the loop was referring to the same object as \p PN.
2988 static bool isSameUnderlyingObjectInLoop(PHINode *PN, LoopInfo *LI) {
2989   // Find the loop-defined value.
2990   Loop *L = LI->getLoopFor(PN->getParent());
2991   if (PN->getNumIncomingValues() != 2)
2992     return true;
2993
2994   // Find the value from previous iteration.
2995   auto *PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(0));
2996   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
2997     PrevValue = dyn_cast<Instruction>(PN->getIncomingValue(1));
2998   if (!PrevValue || LI->getLoopFor(PrevValue->getParent()) != L)
2999     return true;
3000
3001   // If a new pointer is loaded in the loop, the pointer references a different
3002   // object in every iteration.  E.g.:
3003   //    for (i)
3004   //       int *p = a[i];
3005   //       ...
3006   if (auto *Load = dyn_cast<LoadInst>(PrevValue))
3007     if (!L->isLoopInvariant(Load->getPointerOperand()))
3008       return false;
3009   return true;
3010 }
3011
3012 Value *llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout &DL,
3013                                  unsigned MaxLookup) {
3014   if (!V->getType()->isPointerTy())
3015     return V;
3016   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
3017     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3018       V = GEP->getPointerOperand();
3019     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast ||
3020                Operator::getOpcode(V) == Instruction::AddrSpaceCast) {
3021       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
3022     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
3023       if (GA->mayBeOverridden())
3024         return V;
3025       V = GA->getAliasee();
3026     } else {
3027       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
3028       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3029         // TODO: Acquire a DominatorTree and AssumptionCache and use them.
3030         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, DL, nullptr)) {
3031           V = Simplified;
3032           continue;
3033         }
3034
3035       return V;
3036     }
3037     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
3038   }
3039   return V;
3040 }
3041
3042 void llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V, SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
3043                                 const DataLayout &DL, LoopInfo *LI,
3044                                 unsigned MaxLookup) {
3045   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
3046   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
3047   Worklist.push_back(V);
3048   do {
3049     Value *P = Worklist.pop_back_val();
3050     P = GetUnderlyingObject(P, DL, MaxLookup);
3051
3052     if (!Visited.insert(P).second)
3053       continue;
3054
3055     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
3056       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
3057       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
3058       continue;
3059     }
3060
3061     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
3062       // If this PHI changes the underlying object in every iteration of the
3063       // loop, don't look through it.  Consider:
3064       //   int **A;
3065       //   for (i) {
3066       //     Prev = Curr;     // Prev = PHI (Prev_0, Curr)
3067       //     Curr = A[i];
3068       //     *Prev, *Curr;
3069       //
3070       // Prev is tracking Curr one iteration behind so they refer to different
3071       // underlying objects.
3072       if (!LI || !LI->isLoopHeader(PN->getParent()) ||
3073           isSameUnderlyingObjectInLoop(PN, LI))
3074         for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
3075           Worklist.push_back(IncValue);
3076       continue;
3077     }
3078
3079     Objects.push_back(P);
3080   } while (!Worklist.empty());
3081 }
3082
3083 /// Return true if the only users of this pointer are lifetime markers.
3084 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
3085   for (const User *U : V->users()) {
3086     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U);
3087     if (!II) return false;
3088
3089     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
3090         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
3091       return false;
3092   }
3093   return true;
3094 }
3095
3096 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *BV, APInt Offset,
3097                                            Type *Ty, const DataLayout &DL,
3098                                            const Instruction *CtxI,
3099                                            const DominatorTree *DT,
3100                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3101   assert(Offset.isNonNegative() && "offset can't be negative");
3102   assert(Ty->isSized() && "must be sized");
3103   
3104   APInt DerefBytes(Offset.getBitWidth(), 0);
3105   bool CheckForNonNull = false;
3106   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(BV)) {
3107     DerefBytes = A->getDereferenceableBytes();
3108     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3109       DerefBytes = A->getDereferenceableOrNullBytes();
3110       CheckForNonNull = true;
3111     }
3112   } else if (auto CS = ImmutableCallSite(BV)) {
3113     DerefBytes = CS.getDereferenceableBytes(0);
3114     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3115       DerefBytes = CS.getDereferenceableOrNullBytes(0);
3116       CheckForNonNull = true;
3117     }
3118   } else if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BV)) {
3119     if (MDNode *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable)) {
3120       ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3121       DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3122     }
3123     if (!DerefBytes.getBoolValue()) {
3124       if (MDNode *MD = 
3125               LI->getMetadata(LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null)) {
3126         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(0));
3127         DerefBytes = CI->getLimitedValue();
3128       }
3129       CheckForNonNull = true;
3130     }
3131   }
3132   
3133   if (DerefBytes.getBoolValue())
3134     if (DerefBytes.uge(Offset + DL.getTypeStoreSize(Ty)))
3135       if (!CheckForNonNull || isKnownNonNullAt(BV, CtxI, DT, TLI))
3136         return true;
3137
3138   return false;
3139 }
3140
3141 static bool isDereferenceableFromAttribute(const Value *V, const DataLayout &DL,
3142                                            const Instruction *CtxI,
3143                                            const DominatorTree *DT,
3144                                            const TargetLibraryInfo *TLI) {
3145   Type *VTy = V->getType();
3146   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3147   if (!Ty->isSized())
3148     return false;
3149   
3150   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3151   return isDereferenceableFromAttribute(V, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI);
3152 }
3153
3154 static bool isAligned(const Value *Base, APInt Offset, unsigned Align,
3155                       const DataLayout &DL) {
3156   APInt BaseAlign(Offset.getBitWidth(), getAlignment(Base, DL));
3157
3158   if (!BaseAlign) {
3159     Type *Ty = Base->getType()->getPointerElementType();
3160     BaseAlign = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3161   }
3162
3163   APInt Alignment(Offset.getBitWidth(), Align);
3164
3165   assert(Alignment.isPowerOf2() && "must be a power of 2!");
3166   return BaseAlign.uge(Alignment) && !(Offset & (Alignment-1));
3167 }
3168
3169 static bool isAligned(const Value *Base, unsigned Align, const DataLayout &DL) {
3170   APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(Base->getType()), 0);
3171   return isAligned(Base, Offset, Align, DL);
3172 }
3173
3174 /// Test if V is always a pointer to allocated and suitably aligned memory for
3175 /// a simple load or store.
3176 static bool isDereferenceableAndAlignedPointer(
3177     const Value *V, unsigned Align, const DataLayout &DL,
3178     const Instruction *CtxI, const DominatorTree *DT,
3179     const TargetLibraryInfo *TLI, SmallPtrSetImpl<const Value *> &Visited) {
3180   // Note that it is not safe to speculate into a malloc'd region because
3181   // malloc may return null.
3182
3183   // These are obviously ok if aligned.
3184   if (isa<AllocaInst>(V))
3185     return isAligned(V, Align, DL);
3186
3187   // It's not always safe to follow a bitcast, for example:
3188   //   bitcast i8* (alloca i8) to i32*
3189   // would result in a 4-byte load from a 1-byte alloca. However,
3190   // if we're casting from a pointer from a type of larger size
3191   // to a type of smaller size (or the same size), and the alignment
3192   // is at least as large as for the resulting pointer type, then
3193   // we can look through the bitcast.
3194   if (const BitCastOperator *BC = dyn_cast<BitCastOperator>(V)) {
3195     Type *STy = BC->getSrcTy()->getPointerElementType(),
3196          *DTy = BC->getDestTy()->getPointerElementType();
3197     if (STy->isSized() && DTy->isSized() &&
3198         (DL.getTypeStoreSize(STy) >= DL.getTypeStoreSize(DTy)) &&
3199         (DL.getABITypeAlignment(STy) >= DL.getABITypeAlignment(DTy)))
3200       return isDereferenceableAndAlignedPointer(BC->getOperand(0), Align, DL,
3201                                                 CtxI, DT, TLI, Visited);
3202   }
3203
3204   // Global variables which can't collapse to null are ok.
3205   if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
3206     if (!GV->hasExternalWeakLinkage())
3207       return isAligned(V, Align, DL);
3208
3209   // byval arguments are okay.
3210   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3211     if (A->hasByValAttr())
3212       return isAligned(V, Align, DL);
3213
3214   if (isDereferenceableFromAttribute(V, DL, CtxI, DT, TLI))
3215     return isAligned(V, Align, DL);
3216
3217   // For GEPs, determine if the indexing lands within the allocated object.
3218   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
3219     Type *VTy = GEP->getType();
3220     Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3221     const Value *Base = GEP->getPointerOperand();
3222
3223     // Conservatively require that the base pointer be fully dereferenceable
3224     // and aligned.
3225     if (!Visited.insert(Base).second)
3226       return false;
3227     if (!isDereferenceableAndAlignedPointer(Base, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3228                                             Visited))
3229       return false;
3230
3231     APInt Offset(DL.getPointerTypeSizeInBits(VTy), 0);
3232     if (!GEP->accumulateConstantOffset(DL, Offset))
3233       return false;
3234
3235     // Check if the load is within the bounds of the underlying object
3236     // and offset is aligned.
3237     uint64_t LoadSize = DL.getTypeStoreSize(Ty);
3238     Type *BaseType = Base->getType()->getPointerElementType();
3239     assert(isPowerOf2_32(Align) && "must be a power of 2!");
3240     return (Offset + LoadSize).ule(DL.getTypeAllocSize(BaseType)) && 
3241            !(Offset & APInt(Offset.getBitWidth(), Align-1));
3242   }
3243
3244   // For gc.relocate, look through relocations
3245   if (const IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(V))
3246     if (I->getIntrinsicID() == Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
3247       GCRelocateOperands RelocateInst(I);
3248       return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3249           RelocateInst.getDerivedPtr(), Align, DL, CtxI, DT, TLI, Visited);
3250     }
3251
3252   if (const AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(V))
3253     return isDereferenceableAndAlignedPointer(ASC->getOperand(0), Align, DL,
3254                                               CtxI, DT, TLI, Visited);
3255
3256   // If we don't know, assume the worst.
3257   return false;
3258 }
3259
3260 bool llvm::isDereferenceableAndAlignedPointer(const Value *V, unsigned Align,
3261                                               const DataLayout &DL,
3262                                               const Instruction *CtxI,
3263                                               const DominatorTree *DT,
3264                                               const TargetLibraryInfo *TLI) {
3265   // When dereferenceability information is provided by a dereferenceable
3266   // attribute, we know exactly how many bytes are dereferenceable. If we can
3267   // determine the exact offset to the attributed variable, we can use that
3268   // information here.
3269   Type *VTy = V->getType();
3270   Type *Ty = VTy->getPointerElementType();
3271
3272   // Require ABI alignment for loads without alignment specification
3273   if (Align == 0)
3274     Align = DL.getABITypeAlignment(Ty);
3275
3276   if (Ty->isSized()) {
3277     APInt Offset(DL.getTypeStoreSizeInBits(VTy), 0);
3278     const Value *BV = V->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(DL, Offset);
3279
3280     if (Offset.isNonNegative())
3281       if (isDereferenceableFromAttribute(BV, Offset, Ty, DL, CtxI, DT, TLI) &&
3282           isAligned(BV, Offset, Align, DL))
3283         return true;
3284   }
3285
3286   SmallPtrSet<const Value *, 32> Visited;
3287   return ::isDereferenceableAndAlignedPointer(V, Align, DL, CtxI, DT, TLI,
3288                                               Visited);
3289 }
3290
3291 bool llvm::isDereferenceablePointer(const Value *V, const DataLayout &DL,
3292                                     const Instruction *CtxI,
3293                                     const DominatorTree *DT,
3294                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
3295   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, 1, DL, CtxI, DT, TLI);
3296 }
3297
3298 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
3299                                         const Instruction *CtxI,
3300                                         const DominatorTree *DT,
3301                                         const TargetLibraryInfo *TLI) {
3302   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
3303   if (!Inst)
3304     return false;
3305
3306   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
3307     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
3308       if (C->canTrap())
3309         return false;
3310
3311   switch (Inst->getOpcode()) {
3312   default:
3313     return true;
3314   case Instruction::UDiv:
3315   case Instruction::URem: {
3316     // x / y is undefined if y == 0.
3317     const APInt *V;
3318     if (match(Inst->getOperand(1), m_APInt(V)))
3319       return *V != 0;
3320     return false;
3321   }
3322   case Instruction::SDiv:
3323   case Instruction::SRem: {
3324     // x / y is undefined if y == 0 or x == INT_MIN and y == -1
3325     const APInt *Numerator, *Denominator;
3326     if (!match(Inst->getOperand(1), m_APInt(Denominator)))
3327       return false;
3328     // We cannot hoist this division if the denominator is 0.
3329     if (*Denominator == 0)
3330       return false;
3331     // It's safe to hoist if the denominator is not 0 or -1.
3332     if (*Denominator != -1)
3333       return true;
3334     // At this point we know that the denominator is -1.  It is safe to hoist as
3335     // long we know that the numerator is not INT_MIN.
3336     if (match(Inst->getOperand(0), m_APInt(Numerator)))
3337       return !Numerator->isMinSignedValue();
3338     // The numerator *might* be MinSignedValue.
3339     return false;
3340   }
3341   case Instruction::Load: {
3342     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
3343     if (!LI->isUnordered() ||
3344         // Speculative load may create a race that did not exist in the source.
3345         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3346             Attribute::SanitizeThread) ||
3347         // Speculative load may load data from dirty regions.
3348         LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
3349             Attribute::SanitizeAddress))
3350       return false;
3351     const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
3352     return isDereferenceableAndAlignedPointer(
3353         LI->getPointerOperand(), LI->getAlignment(), DL, CtxI, DT, TLI);
3354   }
3355   case Instruction::Call: {
3356     if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
3357       switch (II->getIntrinsicID()) {
3358       // These synthetic intrinsics have no side-effects and just mark
3359       // information about their operands.
3360       // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
3361       // should be considered at least *safe* to speculate...
3362       case Intrinsic::dbg_declare:
3363       case Intrinsic::dbg_value:
3364         return true;
3365
3366       case Intrinsic::bswap:
3367       case Intrinsic::ctlz:
3368       case Intrinsic::ctpop:
3369       case Intrinsic::cttz:
3370       case Intrinsic::objectsize:
3371       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
3372       case Intrinsic::smul_with_overflow:
3373       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
3374       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
3375       case Intrinsic::umul_with_overflow:
3376       case Intrinsic::usub_with_overflow:
3377         return true;
3378       // Sqrt should be OK, since the llvm sqrt intrinsic isn't defined to set
3379       // errno like libm sqrt would.
3380       case Intrinsic::sqrt:
3381       case Intrinsic::fma:
3382       case Intrinsic::fmuladd:
3383       case Intrinsic::fabs:
3384       case Intrinsic::minnum:
3385       case Intrinsic::maxnum:
3386         return true;
3387       // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
3388       // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
3389       // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
3390       // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
3391       default: break;
3392       }
3393     }
3394     return false; // The called function could have undefined behavior or
3395                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
3396   }
3397   case Instruction::VAArg:
3398   case Instruction::Alloca:
3399   case Instruction::Invoke:
3400   case Instruction::PHI:
3401   case Instruction::Store:
3402   case Instruction::Ret:
3403   case Instruction::Br:
3404   case Instruction::IndirectBr:
3405   case Instruction::Switch:
3406   case Instruction::Unreachable:
3407   case Instruction::Fence:
3408   case Instruction::AtomicRMW:
3409   case Instruction::AtomicCmpXchg:
3410   case Instruction::LandingPad:
3411   case Instruction::Resume:
3412   case Instruction::CatchPad:
3413   case Instruction::CatchEndPad:
3414   case Instruction::CatchRet:
3415   case Instruction::CleanupPad:
3416   case Instruction::CleanupEndPad:
3417   case Instruction::CleanupRet:
3418   case Instruction::TerminatePad:
3419     return false; // Misc instructions which have effects
3420   }
3421 }
3422
3423 bool llvm::mayBeMemoryDependent(const Instruction &I) {
3424   return I.mayReadOrWriteMemory() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&I);
3425 }
3426
3427 /// Return true if we know that the specified value is never null.
3428 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3429   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3430
3431   // Alloca never returns null, malloc might.
3432   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
3433
3434   // A byval, inalloca, or nonnull argument is never null.
3435   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
3436     return A->hasByValOrInAllocaAttr() || A->hasNonNullAttr();
3437
3438   // A global variable in address space 0 is non null unless extern weak.
3439   // Other address spaces may have null as a valid address for a global,
3440   // so we can't assume anything.
3441   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
3442     return !GV->hasExternalWeakLinkage() &&
3443            GV->getType()->getAddressSpace() == 0;
3444
3445   // A Load tagged w/nonnull metadata is never null. 
3446   if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V))
3447     return LI->getMetadata(LLVMContext::MD_nonnull);
3448
3449   if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
3450     if (CS.isReturnNonNull())
3451       return true;
3452
3453   // operator new never returns null.
3454   if (isOperatorNewLikeFn(V, TLI, /*LookThroughBitCast=*/true))
3455     return true;
3456
3457   return false;
3458 }
3459
3460 static bool isKnownNonNullFromDominatingCondition(const Value *V,
3461                                                   const Instruction *CtxI,
3462                                                   const DominatorTree *DT) {
3463   assert(V->getType()->isPointerTy() && "V must be pointer type");
3464
3465   unsigned NumUsesExplored = 0;
3466   for (auto U : V->users()) {
3467     // Avoid massive lists
3468     if (NumUsesExplored >= DomConditionsMaxUses)
3469       break;
3470     NumUsesExplored++;
3471     // Consider only compare instructions uniquely controlling a branch
3472     const ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(U);
3473     if (!Cmp)
3474       continue;
3475
3476     if (DomConditionsSingleCmpUse && !Cmp->hasOneUse())
3477       continue;
3478
3479     for (auto *CmpU : Cmp->users()) {
3480       const BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CmpU);
3481       if (!BI)
3482         continue;
3483       
3484       assert(BI->isConditional() && "uses a comparison!");
3485
3486       BasicBlock *NonNullSuccessor = nullptr;
3487       CmpInst::Predicate Pred;
3488
3489       if (match(const_cast<ICmpInst*>(Cmp),
3490                 m_c_ICmp(Pred, m_Specific(V), m_Zero()))) {
3491         if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ)
3492           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(1);
3493         else if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)
3494           NonNullSuccessor = BI->getSuccessor(0);
3495       }
3496
3497       if (NonNullSuccessor) {
3498         BasicBlockEdge Edge(BI->getParent(), NonNullSuccessor);
3499         if (Edge.isSingleEdge() && DT->dominates(Edge, CtxI->getParent()))
3500           return true;
3501       }
3502     }
3503   }
3504
3505   return false;
3506 }
3507
3508 bool llvm::isKnownNonNullAt(const Value *V, const Instruction *CtxI,
3509                    const DominatorTree *DT, const TargetLibraryInfo *TLI) {
3510   if (isKnownNonNull(V, TLI))
3511     return true;
3512
3513   return CtxI ? ::isKnownNonNullFromDominatingCondition(V, CtxI, DT) : false;
3514 }
3515
3516 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
3517                                                    const DataLayout &DL,
3518                                                    AssumptionCache *AC,
3519                                                    const Instruction *CxtI,
3520                                                    const DominatorTree *DT) {
3521   // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
3522   // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
3523   // result bit width (minus 1), there is no overflow.
3524   // This means if we have enough leading zero bits in the operands
3525   // we can guarantee that the result does not overflow.
3526   // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
3527   unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
3528   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
3529   APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
3530   APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
3531   APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
3532   computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3533                    DT);
3534   computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, DL, /*Depth=*/0, AC, CxtI,
3535                    DT);
3536   // Note that underestimating the number of zero bits gives a more
3537   // conservative answer.
3538   unsigned ZeroBits = LHSKnownZero.countLeadingOnes() +
3539                       RHSKnownZero.countLeadingOnes();
3540   // First handle the easy case: if we have enough zero bits there's
3541   // definitely no overflow.
3542   if (ZeroBits >= BitWidth)
3543     return OverflowResult::NeverOverflows;
3544
3545   // Get the largest possible values for each operand.
3546   APInt LHSMax = ~LHSKnownZero;
3547   APInt RHSMax = ~RHSKnownZero;
3548
3549   // We know the multiply operation doesn't overflow if the maximum values for
3550   // each operand will not overflow after we multiply them together.
3551   bool MaxOverflow;
3552   LHSMax.umul_ov(RHSMax, MaxOverflow);
3553   if (!MaxOverflow)
3554     return OverflowResult::NeverOverflows;
3555
3556   // We know it always overflows if multiplying the smallest possible values for
3557   // the operands also results in overflow.
3558   bool MinOverflow;
3559   LHSKnownOne.umul_ov(RHSKnownOne, MinOverflow);
3560   if (MinOverflow)
3561     return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3562
3563   return OverflowResult::MayOverflow;
3564 }
3565
3566 OverflowResult llvm::computeOverflowForUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3567                                                    const DataLayout &DL,
3568                                                    AssumptionCache *AC,
3569                                                    const Instruction *CxtI,
3570                                                    const DominatorTree *DT) {
3571   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3572   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3573                  AC, CxtI, DT);
3574   if (LHSKnownNonNegative || LHSKnownNegative) {
3575     bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3576     ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3577                    AC, CxtI, DT);
3578
3579     if (LHSKnownNegative && RHSKnownNegative) {
3580       // The sign bit is set in both cases: this MUST overflow.
3581       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3582       return OverflowResult::AlwaysOverflows;
3583     }
3584
3585     if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative) {
3586       // The sign bit is clear in both cases: this CANNOT overflow.
3587       // Create a simple add instruction, and insert it into the struct.
3588       return OverflowResult::NeverOverflows;
3589     }
3590   }
3591
3592   return OverflowResult::MayOverflow;
3593 }
3594
3595 static OverflowResult computeOverflowForSignedAdd(
3596     Value *LHS, Value *RHS, AddOperator *Add, const DataLayout &DL,
3597     AssumptionCache *AC, const Instruction *CxtI, const DominatorTree *DT) {
3598   if (Add && Add->hasNoSignedWrap()) {
3599     return OverflowResult::NeverOverflows;
3600   }
3601
3602   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
3603   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
3604   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3605                  AC, CxtI, DT);
3606   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, /*Depth=*/0,
3607                  AC, CxtI, DT);
3608
3609   if ((LHSKnownNonNegative && RHSKnownNegative) ||
3610       (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)) {
3611     // The sign bits are opposite: this CANNOT overflow.
3612     return OverflowResult::NeverOverflows;
3613   }
3614
3615   // The remaining code needs Add to be available. Early returns if not so.
3616   if (!Add)
3617     return OverflowResult::MayOverflow;
3618
3619   // If the sign of Add is the same as at least one of the operands, this add
3620   // CANNOT overflow. This is particularly useful when the sum is
3621   // @llvm.assume'ed non-negative rather than proved so from analyzing its
3622   // operands.
3623   bool LHSOrRHSKnownNonNegative =
3624       (LHSKnownNonNegative || RHSKnownNonNegative);
3625   bool LHSOrRHSKnownNegative = (LHSKnownNegative || RHSKnownNegative);
3626   if (LHSOrRHSKnownNonNegative || LHSOrRHSKnownNegative) {
3627     bool AddKnownNonNegative, AddKnownNegative;
3628     ComputeSignBit(Add, AddKnownNonNegative, AddKnownNegative, DL,
3629                    /*Depth=*/0, AC, CxtI, DT);
3630     if ((AddKnownNonNegative && LHSOrRHSKnownNonNegative) ||
3631         (AddKnownNegative && LHSOrRHSKnownNegative)) {
3632       return OverflowResult::NeverOverflows;
3633     }
3634   }
3635
3636   return OverflowResult::MayOverflow;
3637 }
3638
3639 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(AddOperator *Add,
3640                                                  const DataLayout &DL,
3641                                                  AssumptionCache *AC,
3642                                                  const Instruction *CxtI,
3643                                                  const DominatorTree *DT) {
3644   return ::computeOverflowForSignedAdd(Add->getOperand(0), Add->getOperand(1),
3645                                        Add, DL, AC, CxtI, DT);
3646 }
3647
3648 OverflowResult llvm::computeOverflowForSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
3649                                                  const DataLayout &DL,
3650                                                  AssumptionCache *AC,
3651                                                  const Instruction *CxtI,
3652                                                  const DominatorTree *DT) {
3653   return ::computeOverflowForSignedAdd(LHS, RHS, nullptr, DL, AC, CxtI, DT);
3654 }
3655
3656 bool llvm::isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(const Instruction *I) {
3657   // FIXME: This conservative implementation can be relaxed. E.g. most
3658   // atomic operations are guaranteed to terminate on most platforms
3659   // and most functions terminate.
3660
3661   return !I->isAtomic() &&       // atomics may never succeed on some platforms
3662          !isa<CallInst>(I) &&    // could throw and might not terminate
3663          !isa<InvokeInst>(I) &&  // might not terminate and could throw to
3664                                  //   non-successor (see bug 24185 for details).
3665          !isa<ResumeInst>(I) &&  // has no successors
3666          !isa<ReturnInst>(I);    // has no successors
3667 }
3668
3669 bool llvm::isGuaranteedToExecuteForEveryIteration(const Instruction *I,
3670                                                   const Loop *L) {
3671   // The loop header is guaranteed to be executed for every iteration.
3672   //
3673   // FIXME: Relax this constraint to cover all basic blocks that are
3674   // guaranteed to be executed at every iteration.
3675   if (I->getParent() != L->getHeader()) return false;
3676
3677   for (const Instruction &LI : *L->getHeader()) {
3678     if (&LI == I) return true;
3679     if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&LI)) return false;
3680   }
3681   llvm_unreachable("Instruction not contained in its own parent basic block.");
3682 }
3683
3684 bool llvm::propagatesFullPoison(const Instruction *I) {
3685   switch (I->getOpcode()) {
3686     case Instruction::Add:
3687     case Instruction::Sub:
3688     case Instruction::Xor:
3689     case Instruction::Trunc:
3690     case Instruction::BitCast:
3691     case Instruction::AddrSpaceCast:
3692       // These operations all propagate poison unconditionally. Note that poison
3693       // is not any particular value, so xor or subtraction of poison with
3694       // itself still yields poison, not zero.
3695       return true;
3696
3697     case Instruction::AShr:
3698     case Instruction::SExt:
3699       // For these operations, one bit of the input is replicated across
3700       // multiple output bits. A replicated poison bit is still poison.
3701       return true;
3702
3703     case Instruction::Shl: {
3704       // Left shift *by* a poison value is poison. The number of
3705       // positions to shift is unsigned, so no negative values are
3706       // possible there. Left shift by zero places preserves poison. So
3707       // it only remains to consider left shift of poison by a positive
3708       // number of places.
3709       //
3710       // A left shift by a positive number of places leaves the lowest order bit
3711       // non-poisoned. However, if such a shift has a no-wrap flag, then we can
3712       // make the poison operand violate that flag, yielding a fresh full-poison
3713       // value.
3714       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3715       return OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap();
3716     }
3717
3718     case Instruction::Mul: {
3719       // A multiplication by zero yields a non-poison zero result, so we need to
3720       // rule out zero as an operand. Conservatively, multiplication by a
3721       // non-zero constant is not multiplication by zero.
3722       //
3723       // Multiplication by a non-zero constant can leave some bits
3724       // non-poisoned. For example, a multiplication by 2 leaves the lowest
3725       // order bit unpoisoned. So we need to consider that.
3726       //
3727       // Multiplication by 1 preserves poison. If the multiplication has a
3728       // no-wrap flag, then we can make the poison operand violate that flag
3729       // when multiplied by any integer other than 0 and 1.
3730       auto *OBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(I);
3731       if (OBO->hasNoUnsignedWrap() || OBO->hasNoSignedWrap()) {
3732         for (Value *V : OBO->operands()) {
3733           if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
3734             // A ConstantInt cannot yield poison, so we can assume that it is
3735             // the other operand that is poison.
3736             return !CI->isZero();
3737           }
3738         }
3739       }
3740       return false;
3741     }
3742
3743     case Instruction::GetElementPtr:
3744       // A GEP implicitly represents a sequence of additions, subtractions,
3745       // truncations, sign extensions and multiplications. The multiplications
3746       // are by the non-zero sizes of some set of types, so we do not have to be
3747       // concerned with multiplication by zero. If the GEP is in-bounds, then
3748       // these operations are implicitly no-signed-wrap so poison is propagated
3749       // by the arguments above for Add, Sub, Trunc, SExt and Mul.
3750       return cast<GEPOperator>(I)->isInBounds();
3751
3752     default:
3753       return false;
3754   }
3755 }
3756
3757 const Value *llvm::getGuaranteedNonFullPoisonOp(const Instruction *I) {
3758   switch (I->getOpcode()) {
3759     case Instruction::Store:
3760       return cast<StoreInst>(I)->getPointerOperand();
3761
3762     case Instruction::Load:
3763       return cast<LoadInst>(I)->getPointerOperand();
3764
3765     case Instruction::AtomicCmpXchg:
3766       return cast<AtomicCmpXchgInst>(I)->getPointerOperand();
3767
3768     case Instruction::AtomicRMW:
3769       return cast<AtomicRMWInst>(I)->getPointerOperand();
3770
3771     case Instruction::UDiv:
3772     case Instruction::SDiv:
3773     case Instruction::URem:
3774     case Instruction::SRem:
3775       return I->getOperand(1);
3776
3777     default:
3778       return nullptr;
3779   }
3780 }
3781
3782 bool llvm::isKnownNotFullPoison(const Instruction *PoisonI) {
3783   // We currently only look for uses of poison values within the same basic
3784   // block, as that makes it easier to guarantee that the uses will be
3785   // executed given that PoisonI is executed.
3786   //
3787   // FIXME: Expand this to consider uses beyond the same basic block. To do
3788   // this, look out for the distinction between post-dominance and strong
3789   // post-dominance.
3790   const BasicBlock *BB = PoisonI->getParent();
3791
3792   // Set of instructions that we have proved will yield poison if PoisonI
3793   // does.
3794   SmallSet<const Value *, 16> YieldsPoison;
3795   YieldsPoison.insert(PoisonI);
3796
3797   for (BasicBlock::const_iterator I = PoisonI->getIterator(), E = BB->end();
3798        I != E; ++I) {
3799     if (&*I != PoisonI) {
3800       const Value *NotPoison = getGuaranteedNonFullPoisonOp(&*I);
3801       if (NotPoison != nullptr && YieldsPoison.count(NotPoison)) return true;
3802       if (!isGuaranteedToTransferExecutionToSuccessor(&*I))
3803         return false;
3804     }
3805
3806     // Mark poison that propagates from I through uses of I.
3807     if (YieldsPoison.count(&*I)) {
3808       for (const User *User : I->users()) {
3809         const Instruction *UserI = cast<Instruction>(User);
3810         if (UserI->getParent() == BB && propagatesFullPoison(UserI))
3811           YieldsPoison.insert(User);
3812       }
3813     }
3814   }
3815   return false;
3816 }
3817
3818 static bool isKnownNonNaN(Value *V, FastMathFlags FMF) {
3819   if (FMF.noNaNs())
3820     return true;
3821
3822   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3823     return !C->isNaN();
3824   return false;
3825 }
3826
3827 static bool isKnownNonZero(Value *V) {
3828   if (auto *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
3829     return !C->isZero();
3830   return false;
3831 }
3832
3833 static SelectPatternResult matchSelectPattern(CmpInst::Predicate Pred,
3834                                               FastMathFlags FMF,
3835                                               Value *CmpLHS, Value *CmpRHS,
3836                                               Value *TrueVal, Value *FalseVal,
3837                                               Value *&LHS, Value *&RHS) {
3838   LHS = CmpLHS;
3839   RHS = CmpRHS;
3840
3841   // If the predicate is an "or-equal"  (FP) predicate, then signed zeroes may
3842   // return inconsistent results between implementations.
3843   //   (0.0 <= -0.0) ? 0.0 : -0.0 // Returns 0.0
3844   //   minNum(0.0, -0.0)          // May return -0.0 or 0.0 (IEEE 754-2008 5.3.1)
3845   // Therefore we behave conservatively and only proceed if at least one of the
3846   // operands is known to not be zero, or if we don't care about signed zeroes.
3847   switch (Pred) {
3848   default: break;
3849   case CmpInst::FCMP_OGE: case CmpInst::FCMP_OLE:
3850   case CmpInst::FCMP_UGE: case CmpInst::FCMP_ULE:
3851     if (!FMF.noSignedZeros() && !isKnownNonZero(CmpLHS) &&
3852         !isKnownNonZero(CmpRHS))
3853       return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3854   }
3855
3856   SelectPatternNaNBehavior NaNBehavior = SPNB_NA;
3857   bool Ordered = false;
3858
3859   // When given one NaN and one non-NaN input:
3860   //   - maxnum/minnum (C99 fmaxf()/fminf()) return the non-NaN input.
3861   //   - A simple C99 (a < b ? a : b) construction will return 'b' (as the
3862   //     ordered comparison fails), which could be NaN or non-NaN.
3863   // so here we discover exactly what NaN behavior is required/accepted.
3864   if (CmpInst::isFPPredicate(Pred)) {
3865     bool LHSSafe = isKnownNonNaN(CmpLHS, FMF);
3866     bool RHSSafe = isKnownNonNaN(CmpRHS, FMF);
3867
3868     if (LHSSafe && RHSSafe) {
3869       // Both operands are known non-NaN.
3870       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_ANY;
3871     } else if (CmpInst::isOrdered(Pred)) {
3872       // An ordered comparison will return false when given a NaN, so it
3873       // returns the RHS.
3874       Ordered = true;
3875       if (LHSSafe)
3876         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then NaN will be returned.
3877         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3878       else if (RHSSafe)
3879         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3880       else
3881         // Completely unsafe.
3882         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3883     } else {
3884       Ordered = false;
3885       // An unordered comparison will return true when given a NaN, so it
3886       // returns the LHS.
3887       if (LHSSafe)
3888         // LHS is non-NaN, so if RHS is NaN then non-NaN will be returned.
3889         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3890       else if (RHSSafe)
3891         NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3892       else
3893         // Completely unsafe.
3894         return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3895     }
3896   }
3897
3898   if (TrueVal == CmpRHS && FalseVal == CmpLHS) {
3899     std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
3900     Pred = CmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
3901     if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_NAN)
3902       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_OTHER;
3903     else if (NaNBehavior == SPNB_RETURNS_OTHER)
3904       NaNBehavior = SPNB_RETURNS_NAN;
3905     Ordered = !Ordered;
3906   }
3907
3908   // ([if]cmp X, Y) ? X : Y
3909   if (TrueVal == CmpLHS && FalseVal == CmpRHS) {
3910     switch (Pred) {
3911     default: return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false}; // Equality.
3912     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3913     case ICmpInst::ICMP_UGE: return {SPF_UMAX, SPNB_NA, false};
3914     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3915     case ICmpInst::ICMP_SGE: return {SPF_SMAX, SPNB_NA, false};
3916     case ICmpInst::ICMP_ULT:
3917     case ICmpInst::ICMP_ULE: return {SPF_UMIN, SPNB_NA, false};
3918     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3919     case ICmpInst::ICMP_SLE: return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3920     case FCmpInst::FCMP_UGT:
3921     case FCmpInst::FCMP_UGE:
3922     case FCmpInst::FCMP_OGT:
3923     case FCmpInst::FCMP_OGE: return {SPF_FMAXNUM, NaNBehavior, Ordered};
3924     case FCmpInst::FCMP_ULT:
3925     case FCmpInst::FCMP_ULE:
3926     case FCmpInst::FCMP_OLT:
3927     case FCmpInst::FCMP_OLE: return {SPF_FMINNUM, NaNBehavior, Ordered};
3928     }
3929   }
3930
3931   if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(CmpRHS)) {
3932     if ((CmpLHS == TrueVal && match(FalseVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS)))) ||
3933         (CmpLHS == FalseVal && match(TrueVal, m_Neg(m_Specific(CmpLHS))))) {
3934
3935       // ABS(X) ==> (X >s 0) ? X : -X and (X >s -1) ? X : -X
3936       // NABS(X) ==> (X >s 0) ? -X : X and (X >s -1) ? -X : X
3937       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && (C1->isZero() || C1->isMinusOne())) {
3938         return {(CmpLHS == TrueVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3939       }
3940
3941       // ABS(X) ==> (X <s 0) ? -X : X and (X <s 1) ? -X : X
3942       // NABS(X) ==> (X <s 0) ? X : -X and (X <s 1) ? X : -X
3943       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && (C1->isZero() || C1->isOne())) {
3944         return {(CmpLHS == FalseVal) ? SPF_ABS : SPF_NABS, SPNB_NA, false};
3945       }
3946     }
3947     
3948     // Y >s C ? ~Y : ~C == ~Y <s ~C ? ~Y : ~C = SMIN(~Y, ~C)
3949     if (const auto *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(FalseVal)) {
3950       if (C1->getType() == C2->getType() && ~C1->getValue() == C2->getValue() &&
3951           (match(TrueVal, m_Not(m_Specific(CmpLHS))) ||
3952            match(CmpLHS, m_Not(m_Specific(TrueVal))))) {
3953         LHS = TrueVal;
3954         RHS = FalseVal;
3955         return {SPF_SMIN, SPNB_NA, false};
3956       }
3957     }
3958   }
3959
3960   // TODO: (X > 4) ? X : 5   -->  (X >= 5) ? X : 5  -->  MAX(X, 5)
3961
3962   return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
3963 }
3964
3965 static Value *lookThroughCast(CmpInst *CmpI, Value *V1, Value *V2,
3966                               Instruction::CastOps *CastOp) {
3967   CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V1);
3968   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V2);
3969   CastInst *CI2 = dyn_cast<CastInst>(V2);
3970   if (!CI)
3971     return nullptr;
3972   *CastOp = CI->getOpcode();
3973
3974   if (CI2) {
3975     // If V1 and V2 are both the same cast from the same type, we can look
3976     // through V1.
3977     if (CI2->getOpcode() == CI->getOpcode() &&
3978         CI2->getSrcTy() == CI->getSrcTy())
3979       return CI2->getOperand(0);
3980     return nullptr;
3981   } else if (!C) {
3982     return nullptr;
3983   }
3984
3985   if (isa<SExtInst>(CI) && CmpI->isSigned()) {
3986     Constant *T = ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
3987     // This is only valid if the truncated value can be sign-extended
3988     // back to the original value.
3989     if (ConstantExpr::getSExt(T, C->getType()) == C)
3990       return T;
3991     return nullptr;
3992   }
3993   if (isa<ZExtInst>(CI) && CmpI->isUnsigned())
3994     return ConstantExpr::getTrunc(C, CI->getSrcTy());
3995
3996   if (isa<TruncInst>(CI))
3997     return ConstantExpr::getIntegerCast(C, CI->getSrcTy(), CmpI->isSigned());
3998
3999   if (isa<FPToUIInst>(CI))
4000     return ConstantExpr::getUIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4001
4002   if (isa<FPToSIInst>(CI))
4003     return ConstantExpr::getSIToFP(C, CI->getSrcTy(), true);
4004
4005   if (isa<UIToFPInst>(CI))
4006     return ConstantExpr::getFPToUI(C, CI->getSrcTy(), true);
4007
4008   if (isa<SIToFPInst>(CI))
4009     return ConstantExpr::getFPToSI(C, CI->getSrcTy(), true);
4010
4011   if (isa<FPTruncInst>(CI))
4012     return ConstantExpr::getFPExtend(C, CI->getSrcTy(), true);
4013
4014   if (isa<FPExtInst>(CI))
4015     return ConstantExpr::getFPTrunc(C, CI->getSrcTy(), true);
4016
4017   return nullptr;
4018 }
4019
4020 SelectPatternResult llvm::matchSelectPattern(Value *V,
4021                                              Value *&LHS, Value *&RHS,
4022                                              Instruction::CastOps *CastOp) {
4023   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V);
4024   if (!SI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4025
4026   CmpInst *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4027   if (!CmpI) return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4028
4029   CmpInst::Predicate Pred = CmpI->getPredicate();
4030   Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
4031   Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
4032   Value *TrueVal = SI->getTrueValue();
4033   Value *FalseVal = SI->getFalseValue();
4034   FastMathFlags FMF;
4035   if (isa<FPMathOperator>(CmpI))
4036     FMF = CmpI->getFastMathFlags();
4037
4038   // Bail out early.
4039   if (CmpI->isEquality())
4040     return {SPF_UNKNOWN, SPNB_NA, false};
4041
4042   // Deal with type mismatches.
4043   if (CastOp && CmpLHS->getType() != TrueVal->getType()) {
4044     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, TrueVal, FalseVal, CastOp))
4045       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4046                                   cast<CastInst>(TrueVal)->getOperand(0), C,
4047                                   LHS, RHS);
4048     if (Value *C = lookThroughCast(CmpI, FalseVal, TrueVal, CastOp))
4049       return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS,
4050                                   C, cast<CastInst>(FalseVal)->getOperand(0),
4051                                   LHS, RHS);
4052   }
4053   return ::matchSelectPattern(Pred, FMF, CmpLHS, CmpRHS, TrueVal, FalseVal,
4054                               LHS, RHS);
4055 }
4056
4057 ConstantRange llvm::getConstantRangeFromMetadata(MDNode &Ranges) {
4058   const unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
4059   assert(NumRanges >= 1 && "Must have at least one range!");
4060   assert(Ranges.getNumOperands() % 2 == 0 && "Must be a sequence of pairs");
4061
4062   auto *FirstLow = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(0));
4063   auto *FirstHigh = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(1));
4064
4065   ConstantRange CR(FirstLow->getValue(), FirstHigh->getValue());
4066
4067   for (unsigned i = 1; i < NumRanges; ++i) {
4068     auto *Low = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 0));
4069     auto *High = mdconst::extract<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2 * i + 1));
4070
4071     // Note: unionWith will potentially create a range that contains values not
4072     // contained in any of the original N ranges.
4073     CR = CR.unionWith(ConstantRange(Low->getValue(), High->getValue()));
4074   }
4075
4076   return CR;
4077 }