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