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