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