Teach ValueTracking about address spaces
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / ValueTracking.cpp
1 //===- ValueTracking.cpp - Walk computations to compute properties --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains routines that help analyze properties that chains of
11 // computations have.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
16 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/IR/Constants.h"
19 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
20 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
21 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
22 #include "llvm/IR/Instructions.h"
23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
24 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
25 #include "llvm/IR/Metadata.h"
26 #include "llvm/IR/Operator.h"
27 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
28 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
29 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
30 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
31 #include <cstring>
32 using namespace llvm;
33 using namespace llvm::PatternMatch;
34
35 const unsigned MaxDepth = 6;
36
37 /// getBitWidth - Returns the bitwidth of the given scalar or pointer type (if
38 /// unknown returns 0).  For vector types, returns the element type's bitwidth.
39 static unsigned getBitWidth(Type *Ty, const DataLayout *TD) {
40   if (unsigned BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits())
41     return BitWidth;
42
43   return TD ? TD->getPointerTypeSizeInBits(Ty) : 0;
44 }
45
46 static void ComputeMaskedBitsAddSub(bool Add, Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
47                                     APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
48                                     APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
49                                     const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
50   if (!Add) {
51     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
52       // We know that the top bits of C-X are clear if X contains less bits
53       // than C (i.e. no wrap-around can happen).  For example, 20-X is
54       // positive if we can prove that X is >= 0 and < 16.
55       if (!CLHS->getValue().isNegative()) {
56         unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
57         unsigned NLZ = (CLHS->getValue()+1).countLeadingZeros();
58         // NLZ can't be BitWidth with no sign bit
59         APInt MaskV = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ+1);
60         llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
61
62         // If all of the MaskV bits are known to be zero, then we know the
63         // output top bits are zero, because we now know that the output is
64         // from [0-C].
65         if ((KnownZero2 & MaskV) == MaskV) {
66           unsigned NLZ2 = CLHS->getValue().countLeadingZeros();
67           // Top bits known zero.
68           KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, NLZ2);
69         }
70       }
71     }
72   }
73
74   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
75
76   // If one of the operands has trailing zeros, then the bits that the
77   // other operand has in those bit positions will be preserved in the
78   // result. For an add, this works with either operand. For a subtract,
79   // this only works if the known zeros are in the right operand.
80   APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
81   llvm::ComputeMaskedBits(Op0, LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD, Depth+1);
82   assert((LHSKnownZero & LHSKnownOne) == 0 &&
83          "Bits known to be one AND zero?");
84   unsigned LHSKnownZeroOut = LHSKnownZero.countTrailingOnes();
85
86   llvm::ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
87   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
88   unsigned RHSKnownZeroOut = KnownZero2.countTrailingOnes();
89
90   // Determine which operand has more trailing zeros, and use that
91   // many bits from the other operand.
92   if (LHSKnownZeroOut > RHSKnownZeroOut) {
93     if (Add) {
94       APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, LHSKnownZeroOut);
95       KnownZero |= KnownZero2 & Mask;
96       KnownOne  |= KnownOne2 & Mask;
97     } else {
98       // If the known zeros are in the left operand for a subtract,
99       // fall back to the minimum known zeros in both operands.
100       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
101                                         std::min(LHSKnownZeroOut,
102                                                  RHSKnownZeroOut));
103     }
104   } else if (RHSKnownZeroOut >= LHSKnownZeroOut) {
105     APInt Mask = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, RHSKnownZeroOut);
106     KnownZero |= LHSKnownZero & Mask;
107     KnownOne  |= LHSKnownOne & Mask;
108   }
109
110   // Are we still trying to solve for the sign bit?
111   if (!KnownZero.isNegative() && !KnownOne.isNegative()) {
112     if (NSW) {
113       if (Add) {
114         // Adding two positive numbers can't wrap into negative
115         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
116           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
117         // and adding two negative numbers can't wrap into positive.
118         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
119           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
120       } else {
121         // Subtracting a negative number from a positive one can't wrap
122         if (LHSKnownZero.isNegative() && KnownOne2.isNegative())
123           KnownZero |= APInt::getSignBit(BitWidth);
124         // neither can subtracting a positive number from a negative one.
125         else if (LHSKnownOne.isNegative() && KnownZero2.isNegative())
126           KnownOne |= APInt::getSignBit(BitWidth);
127       }
128     }
129   }
130 }
131
132 static void ComputeMaskedBitsMul(Value *Op0, Value *Op1, bool NSW,
133                                  APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
134                                  APInt &KnownZero2, APInt &KnownOne2,
135                                  const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
136   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
137   ComputeMaskedBits(Op1, KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
138   ComputeMaskedBits(Op0, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
139   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
140   assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
141
142   bool isKnownNegative = false;
143   bool isKnownNonNegative = false;
144   // If the multiplication is known not to overflow, compute the sign bit.
145   if (NSW) {
146     if (Op0 == Op1) {
147       // The product of a number with itself is non-negative.
148       isKnownNonNegative = true;
149     } else {
150       bool isKnownNonNegativeOp1 = KnownZero.isNegative();
151       bool isKnownNonNegativeOp0 = KnownZero2.isNegative();
152       bool isKnownNegativeOp1 = KnownOne.isNegative();
153       bool isKnownNegativeOp0 = KnownOne2.isNegative();
154       // The product of two numbers with the same sign is non-negative.
155       isKnownNonNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNegativeOp0) ||
156         (isKnownNonNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0);
157       // The product of a negative number and a non-negative number is either
158       // negative or zero.
159       if (!isKnownNonNegative)
160         isKnownNegative = (isKnownNegativeOp1 && isKnownNonNegativeOp0 &&
161                            isKnownNonZero(Op0, TD, Depth)) ||
162                           (isKnownNegativeOp0 && isKnownNonNegativeOp1 &&
163                            isKnownNonZero(Op1, TD, Depth));
164     }
165   }
166
167   // If low bits are zero in either operand, output low known-0 bits.
168   // Also compute a conserative estimate for high known-0 bits.
169   // More trickiness is possible, but this is sufficient for the
170   // interesting case of alignment computation.
171   KnownOne.clearAllBits();
172   unsigned TrailZ = KnownZero.countTrailingOnes() +
173                     KnownZero2.countTrailingOnes();
174   unsigned LeadZ =  std::max(KnownZero.countLeadingOnes() +
175                              KnownZero2.countLeadingOnes(),
176                              BitWidth) - BitWidth;
177
178   TrailZ = std::min(TrailZ, BitWidth);
179   LeadZ = std::min(LeadZ, BitWidth);
180   KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ) |
181               APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
182
183   // Only make use of no-wrap flags if we failed to compute the sign bit
184   // directly.  This matters if the multiplication always overflows, in
185   // which case we prefer to follow the result of the direct computation,
186   // though as the program is invoking undefined behaviour we can choose
187   // whatever we like here.
188   if (isKnownNonNegative && !KnownOne.isNegative())
189     KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
190   else if (isKnownNegative && !KnownZero.isNegative())
191     KnownOne.setBit(BitWidth - 1);
192 }
193
194 void llvm::computeMaskedBitsLoad(const MDNode &Ranges, APInt &KnownZero) {
195   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
196   unsigned NumRanges = Ranges.getNumOperands() / 2;
197   assert(NumRanges >= 1);
198
199   // Use the high end of the ranges to find leading zeros.
200   unsigned MinLeadingZeros = BitWidth;
201   for (unsigned i = 0; i < NumRanges; ++i) {
202     ConstantInt *Lower = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 0));
203     ConstantInt *Upper = cast<ConstantInt>(Ranges.getOperand(2*i + 1));
204     ConstantRange Range(Lower->getValue(), Upper->getValue());
205     if (Range.isWrappedSet())
206       MinLeadingZeros = 0; // -1 has no zeros
207     unsigned LeadingZeros = (Upper->getValue() - 1).countLeadingZeros();
208     MinLeadingZeros = std::min(LeadingZeros, MinLeadingZeros);
209   }
210
211   KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, MinLeadingZeros);
212 }
213 /// ComputeMaskedBits - Determine which of the bits are known to be either zero
214 /// or one and return them in the KnownZero/KnownOne bit sets.
215 ///
216 /// NOTE: we cannot consider 'undef' to be "IsZero" here.  The problem is that
217 /// we cannot optimize based on the assumption that it is zero without changing
218 /// it to be an explicit zero.  If we don't change it to zero, other code could
219 /// optimized based on the contradictory assumption that it is non-zero.
220 /// Because instcombine aggressively folds operations with undef args anyway,
221 /// this won't lose us code quality.
222 ///
223 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
224 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
225 /// where V is a vector, known zero, and known one values are the
226 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
227 /// for all of the elements in the vector.
228 void llvm::ComputeMaskedBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
229                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
230   assert(V && "No Value?");
231   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
232   unsigned BitWidth = KnownZero.getBitWidth();
233
234   assert((V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
235           V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) &&
236          "Not integer or pointer type!");
237   assert((!TD ||
238           TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) == BitWidth) &&
239          (!V->getType()->isIntOrIntVectorTy() ||
240           V->getType()->getScalarSizeInBits() == BitWidth) &&
241          KnownZero.getBitWidth() == BitWidth &&
242          KnownOne.getBitWidth() == BitWidth &&
243          "V, Mask, KnownOne and KnownZero should have same BitWidth");
244
245   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
246     // We know all of the bits for a constant!
247     KnownOne = CI->getValue();
248     KnownZero = ~KnownOne;
249     return;
250   }
251   // Null and aggregate-zero are all-zeros.
252   if (isa<ConstantPointerNull>(V) ||
253       isa<ConstantAggregateZero>(V)) {
254     KnownOne.clearAllBits();
255     KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
256     return;
257   }
258   // Handle a constant vector by taking the intersection of the known bits of
259   // each element.  There is no real need to handle ConstantVector here, because
260   // we don't handle undef in any particularly useful way.
261   if (ConstantDataSequential *CDS = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
262     // We know that CDS must be a vector of integers. Take the intersection of
263     // each element.
264     KnownZero.setAllBits(); KnownOne.setAllBits();
265     APInt Elt(KnownZero.getBitWidth(), 0);
266     for (unsigned i = 0, e = CDS->getNumElements(); i != e; ++i) {
267       Elt = CDS->getElementAsInteger(i);
268       KnownZero &= ~Elt;
269       KnownOne &= Elt;
270     }
271     return;
272   }
273
274   // The address of an aligned GlobalValue has trailing zeros.
275   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
276     unsigned Align = GV->getAlignment();
277     if (Align == 0 && TD) {
278       if (GlobalVariable *GVar = dyn_cast<GlobalVariable>(GV)) {
279         Type *ObjectType = GVar->getType()->getElementType();
280         if (ObjectType->isSized()) {
281           // If the object is defined in the current Module, we'll be giving
282           // it the preferred alignment. Otherwise, we have to assume that it
283           // may only have the minimum ABI alignment.
284           if (!GVar->isDeclaration() && !GVar->isWeakForLinker())
285             Align = TD->getPreferredAlignment(GVar);
286           else
287             Align = TD->getABITypeAlignment(ObjectType);
288         }
289       }
290     }
291     if (Align > 0)
292       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
293                                        countTrailingZeros(Align));
294     else
295       KnownZero.clearAllBits();
296     KnownOne.clearAllBits();
297     return;
298   }
299   // A weak GlobalAlias is totally unknown. A non-weak GlobalAlias has
300   // the bits of its aliasee.
301   if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
302     if (GA->mayBeOverridden()) {
303       KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
304     } else {
305       ComputeMaskedBits(GA->getAliasee(), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
306     }
307     return;
308   }
309
310   if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
311     unsigned Align = 0;
312
313     if (A->hasByValAttr()) {
314       // Get alignment information off byval arguments if specified in the IR.
315       Align = A->getParamAlignment();
316     } else if (TD && A->hasStructRetAttr()) {
317       // An sret parameter has at least the ABI alignment of the return type.
318       Type *EltTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
319       if (EltTy->isSized())
320         Align = TD->getABITypeAlignment(EltTy);
321     }
322
323     if (Align)
324       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
325     return;
326   }
327
328   // Start out not knowing anything.
329   KnownZero.clearAllBits(); KnownOne.clearAllBits();
330
331   if (Depth == MaxDepth)
332     return;  // Limit search depth.
333
334   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
335   if (!I) return;
336
337   APInt KnownZero2(KnownZero), KnownOne2(KnownOne);
338   switch (I->getOpcode()) {
339   default: break;
340   case Instruction::Load:
341     if (MDNode *MD = cast<LoadInst>(I)->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
342       computeMaskedBitsLoad(*MD, KnownZero);
343     return;
344   case Instruction::And: {
345     // If either the LHS or the RHS are Zero, the result is zero.
346     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
347     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
348     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
349     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
350
351     // Output known-1 bits are only known if set in both the LHS & RHS.
352     KnownOne &= KnownOne2;
353     // Output known-0 are known to be clear if zero in either the LHS | RHS.
354     KnownZero |= KnownZero2;
355     return;
356   }
357   case Instruction::Or: {
358     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
359     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
360     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
361     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
362
363     // Output known-0 bits are only known if clear in both the LHS & RHS.
364     KnownZero &= KnownZero2;
365     // Output known-1 are known to be set if set in either the LHS | RHS.
366     KnownOne |= KnownOne2;
367     return;
368   }
369   case Instruction::Xor: {
370     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
371     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
372     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
373     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
374
375     // Output known-0 bits are known if clear or set in both the LHS & RHS.
376     APInt KnownZeroOut = (KnownZero & KnownZero2) | (KnownOne & KnownOne2);
377     // Output known-1 are known to be set if set in only one of the LHS, RHS.
378     KnownOne = (KnownZero & KnownOne2) | (KnownOne & KnownZero2);
379     KnownZero = KnownZeroOut;
380     return;
381   }
382   case Instruction::Mul: {
383     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
384     ComputeMaskedBitsMul(I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
385                          KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
386     break;
387   }
388   case Instruction::UDiv: {
389     // For the purposes of computing leading zeros we can conservatively
390     // treat a udiv as a logical right shift by the power of 2 known to
391     // be less than the denominator.
392     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
393     unsigned LeadZ = KnownZero2.countLeadingOnes();
394
395     KnownOne2.clearAllBits();
396     KnownZero2.clearAllBits();
397     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
398     unsigned RHSUnknownLeadingOnes = KnownOne2.countLeadingZeros();
399     if (RHSUnknownLeadingOnes != BitWidth)
400       LeadZ = std::min(BitWidth,
401                        LeadZ + BitWidth - RHSUnknownLeadingOnes - 1);
402
403     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, LeadZ);
404     return;
405   }
406   case Instruction::Select:
407     ComputeMaskedBits(I->getOperand(2), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
408     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD,
409                       Depth+1);
410     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
411     assert((KnownZero2 & KnownOne2) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
412
413     // Only known if known in both the LHS and RHS.
414     KnownOne &= KnownOne2;
415     KnownZero &= KnownZero2;
416     return;
417   case Instruction::FPTrunc:
418   case Instruction::FPExt:
419   case Instruction::FPToUI:
420   case Instruction::FPToSI:
421   case Instruction::SIToFP:
422   case Instruction::UIToFP:
423     return; // Can't work with floating point.
424   case Instruction::PtrToInt:
425   case Instruction::IntToPtr:
426     // We can't handle these if we don't know the pointer size.
427     if (!TD) return;
428     // FALL THROUGH and handle them the same as zext/trunc.
429   case Instruction::ZExt:
430   case Instruction::Trunc: {
431     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
432
433     unsigned SrcBitWidth;
434     // Note that we handle pointer operands here because of inttoptr/ptrtoint
435     // which fall through here.
436     if(TD) {
437       SrcBitWidth = TD->getTypeSizeInBits(SrcTy->getScalarType());
438     } else {
439       SrcBitWidth = SrcTy->getScalarSizeInBits();
440       if (!SrcBitWidth) return;
441     }
442
443     assert(SrcBitWidth && "SrcBitWidth can't be zero");
444     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
445     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(SrcBitWidth);
446     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
447     KnownZero = KnownZero.zextOrTrunc(BitWidth);
448     KnownOne = KnownOne.zextOrTrunc(BitWidth);
449     // Any top bits are known to be zero.
450     if (BitWidth > SrcBitWidth)
451       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
452     return;
453   }
454   case Instruction::BitCast: {
455     Type *SrcTy = I->getOperand(0)->getType();
456     if ((SrcTy->isIntegerTy() || SrcTy->isPointerTy()) &&
457         // TODO: For now, not handling conversions like:
458         // (bitcast i64 %x to <2 x i32>)
459         !I->getType()->isVectorTy()) {
460       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
461       return;
462     }
463     break;
464   }
465   case Instruction::SExt: {
466     // Compute the bits in the result that are not present in the input.
467     unsigned SrcBitWidth = I->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
468
469     KnownZero = KnownZero.trunc(SrcBitWidth);
470     KnownOne = KnownOne.trunc(SrcBitWidth);
471     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
472     assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
473     KnownZero = KnownZero.zext(BitWidth);
474     KnownOne = KnownOne.zext(BitWidth);
475
476     // If the sign bit of the input is known set or clear, then we know the
477     // top bits of the result.
478     if (KnownZero[SrcBitWidth-1])             // Input sign bit known zero
479       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
480     else if (KnownOne[SrcBitWidth-1])           // Input sign bit known set
481       KnownOne |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - SrcBitWidth);
482     return;
483   }
484   case Instruction::Shl:
485     // (shl X, C1) & C2 == 0   iff   (X & C2 >>u C1) == 0
486     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
487       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
488       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
489       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
490       KnownZero <<= ShiftAmt;
491       KnownOne  <<= ShiftAmt;
492       KnownZero |= APInt::getLowBitsSet(BitWidth, ShiftAmt); // low bits known 0
493       return;
494     }
495     break;
496   case Instruction::LShr:
497     // (ushr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
498     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
499       // Compute the new bits that are at the top now.
500       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth);
501
502       // Unsigned shift right.
503       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero,KnownOne, TD, Depth+1);
504       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
505       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
506       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
507       // high bits known zero.
508       KnownZero |= APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt);
509       return;
510     }
511     break;
512   case Instruction::AShr:
513     // (ashr X, C1) & C2 == 0   iff  (-1 >> C1) & C2 == 0
514     if (ConstantInt *SA = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
515       // Compute the new bits that are at the top now.
516       uint64_t ShiftAmt = SA->getLimitedValue(BitWidth-1);
517
518       // Signed shift right.
519       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
520       assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
521       KnownZero = APIntOps::lshr(KnownZero, ShiftAmt);
522       KnownOne  = APIntOps::lshr(KnownOne, ShiftAmt);
523
524       APInt HighBits(APInt::getHighBitsSet(BitWidth, ShiftAmt));
525       if (KnownZero[BitWidth-ShiftAmt-1])    // New bits are known zero.
526         KnownZero |= HighBits;
527       else if (KnownOne[BitWidth-ShiftAmt-1])  // New bits are known one.
528         KnownOne |= HighBits;
529       return;
530     }
531     break;
532   case Instruction::Sub: {
533     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
534     ComputeMaskedBitsAddSub(false, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
535                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
536                             Depth);
537     break;
538   }
539   case Instruction::Add: {
540     bool NSW = cast<OverflowingBinaryOperator>(I)->hasNoSignedWrap();
541     ComputeMaskedBitsAddSub(true, I->getOperand(0), I->getOperand(1), NSW,
542                             KnownZero, KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD,
543                             Depth);
544     break;
545   }
546   case Instruction::SRem:
547     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
548       APInt RA = Rem->getValue().abs();
549       if (RA.isPowerOf2()) {
550         APInt LowBits = RA - 1;
551         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
552
553         // The low bits of the first operand are unchanged by the srem.
554         KnownZero = KnownZero2 & LowBits;
555         KnownOne = KnownOne2 & LowBits;
556
557         // If the first operand is non-negative or has all low bits zero, then
558         // the upper bits are all zero.
559         if (KnownZero2[BitWidth-1] || ((KnownZero2 & LowBits) == LowBits))
560           KnownZero |= ~LowBits;
561
562         // If the first operand is negative and not all low bits are zero, then
563         // the upper bits are all one.
564         if (KnownOne2[BitWidth-1] && ((KnownOne2 & LowBits) != 0))
565           KnownOne |= ~LowBits;
566
567         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
568       }
569     }
570
571     // The sign bit is the LHS's sign bit, except when the result of the
572     // remainder is zero.
573     if (KnownZero.isNonNegative()) {
574       APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0), LHSKnownOne(BitWidth, 0);
575       ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LHSKnownZero, LHSKnownOne, TD,
576                         Depth+1);
577       // If it's known zero, our sign bit is also zero.
578       if (LHSKnownZero.isNegative())
579         KnownZero.setBit(BitWidth - 1);
580     }
581
582     break;
583   case Instruction::URem: {
584     if (ConstantInt *Rem = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
585       APInt RA = Rem->getValue();
586       if (RA.isPowerOf2()) {
587         APInt LowBits = (RA - 1);
588         ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD,
589                           Depth+1);
590         assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
591         KnownZero |= ~LowBits;
592         KnownOne &= LowBits;
593         break;
594       }
595     }
596
597     // Since the result is less than or equal to either operand, any leading
598     // zero bits in either operand must also exist in the result.
599     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
600     ComputeMaskedBits(I->getOperand(1), KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
601
602     unsigned Leaders = std::max(KnownZero.countLeadingOnes(),
603                                 KnownZero2.countLeadingOnes());
604     KnownOne.clearAllBits();
605     KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, Leaders);
606     break;
607   }
608
609   case Instruction::Alloca: {
610     AllocaInst *AI = cast<AllocaInst>(V);
611     unsigned Align = AI->getAlignment();
612     if (Align == 0 && TD)
613       Align = TD->getABITypeAlignment(AI->getType()->getElementType());
614
615     if (Align > 0)
616       KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, countTrailingZeros(Align));
617     break;
618   }
619   case Instruction::GetElementPtr: {
620     // Analyze all of the subscripts of this getelementptr instruction
621     // to determine if we can prove known low zero bits.
622     APInt LocalKnownZero(BitWidth, 0), LocalKnownOne(BitWidth, 0);
623     ComputeMaskedBits(I->getOperand(0), LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD,
624                       Depth+1);
625     unsigned TrailZ = LocalKnownZero.countTrailingOnes();
626
627     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(I);
628     for (unsigned i = 1, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
629       Value *Index = I->getOperand(i);
630       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
631         // Handle struct member offset arithmetic.
632         if (!TD) return;
633         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
634         unsigned Idx = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
635         uint64_t Offset = SL->getElementOffset(Idx);
636         TrailZ = std::min<unsigned>(TrailZ,
637                                     countTrailingZeros(Offset));
638       } else {
639         // Handle array index arithmetic.
640         Type *IndexedTy = GTI.getIndexedType();
641         if (!IndexedTy->isSized()) return;
642         unsigned GEPOpiBits = Index->getType()->getScalarSizeInBits();
643         uint64_t TypeSize = TD ? TD->getTypeAllocSize(IndexedTy) : 1;
644         LocalKnownZero = LocalKnownOne = APInt(GEPOpiBits, 0);
645         ComputeMaskedBits(Index, LocalKnownZero, LocalKnownOne, TD, Depth+1);
646         TrailZ = std::min(TrailZ,
647                           unsigned(countTrailingZeros(TypeSize) +
648                                    LocalKnownZero.countTrailingOnes()));
649       }
650     }
651
652     KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, TrailZ);
653     break;
654   }
655   case Instruction::PHI: {
656     PHINode *P = cast<PHINode>(I);
657     // Handle the case of a simple two-predecessor recurrence PHI.
658     // There's a lot more that could theoretically be done here, but
659     // this is sufficient to catch some interesting cases.
660     if (P->getNumIncomingValues() == 2) {
661       for (unsigned i = 0; i != 2; ++i) {
662         Value *L = P->getIncomingValue(i);
663         Value *R = P->getIncomingValue(!i);
664         Operator *LU = dyn_cast<Operator>(L);
665         if (!LU)
666           continue;
667         unsigned Opcode = LU->getOpcode();
668         // Check for operations that have the property that if
669         // both their operands have low zero bits, the result
670         // will have low zero bits.
671         if (Opcode == Instruction::Add ||
672             Opcode == Instruction::Sub ||
673             Opcode == Instruction::And ||
674             Opcode == Instruction::Or ||
675             Opcode == Instruction::Mul) {
676           Value *LL = LU->getOperand(0);
677           Value *LR = LU->getOperand(1);
678           // Find a recurrence.
679           if (LL == I)
680             L = LR;
681           else if (LR == I)
682             L = LL;
683           else
684             break;
685           // Ok, we have a PHI of the form L op= R. Check for low
686           // zero bits.
687           ComputeMaskedBits(R, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth+1);
688
689           // We need to take the minimum number of known bits
690           APInt KnownZero3(KnownZero), KnownOne3(KnownOne);
691           ComputeMaskedBits(L, KnownZero3, KnownOne3, TD, Depth+1);
692
693           KnownZero = APInt::getLowBitsSet(BitWidth,
694                                            std::min(KnownZero2.countTrailingOnes(),
695                                                     KnownZero3.countTrailingOnes()));
696           break;
697         }
698       }
699     }
700
701     // Unreachable blocks may have zero-operand PHI nodes.
702     if (P->getNumIncomingValues() == 0)
703       return;
704
705     // Otherwise take the unions of the known bit sets of the operands,
706     // taking conservative care to avoid excessive recursion.
707     if (Depth < MaxDepth - 1 && !KnownZero && !KnownOne) {
708       // Skip if every incoming value references to ourself.
709       if (dyn_cast_or_null<UndefValue>(P->hasConstantValue()))
710         break;
711
712       KnownZero = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
713       KnownOne = APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
714       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
715         // Skip direct self references.
716         if (P->getIncomingValue(i) == P) continue;
717
718         KnownZero2 = APInt(BitWidth, 0);
719         KnownOne2 = APInt(BitWidth, 0);
720         // Recurse, but cap the recursion to one level, because we don't
721         // want to waste time spinning around in loops.
722         ComputeMaskedBits(P->getIncomingValue(i), KnownZero2, KnownOne2, TD,
723                           MaxDepth-1);
724         KnownZero &= KnownZero2;
725         KnownOne &= KnownOne2;
726         // If all bits have been ruled out, there's no need to check
727         // more operands.
728         if (!KnownZero && !KnownOne)
729           break;
730       }
731     }
732     break;
733   }
734   case Instruction::Call:
735     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
736       switch (II->getIntrinsicID()) {
737       default: break;
738       case Intrinsic::ctlz:
739       case Intrinsic::cttz: {
740         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
741         // If this call is undefined for 0, the result will be less than 2^n.
742         if (II->getArgOperand(1) == ConstantInt::getTrue(II->getContext()))
743           LowBits -= 1;
744         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
745         break;
746       }
747       case Intrinsic::ctpop: {
748         unsigned LowBits = Log2_32(BitWidth)+1;
749         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(BitWidth, BitWidth - LowBits);
750         break;
751       }
752       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_8:
753       case Intrinsic::x86_sse42_crc32_64_64:
754         KnownZero = APInt::getHighBitsSet(64, 32);
755         break;
756       }
757     }
758     break;
759   case Instruction::ExtractValue:
760     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I->getOperand(0))) {
761       ExtractValueInst *EVI = cast<ExtractValueInst>(I);
762       if (EVI->getNumIndices() != 1) break;
763       if (EVI->getIndices()[0] == 0) {
764         switch (II->getIntrinsicID()) {
765         default: break;
766         case Intrinsic::uadd_with_overflow:
767         case Intrinsic::sadd_with_overflow:
768           ComputeMaskedBitsAddSub(true, II->getArgOperand(0),
769                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
770                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
771           break;
772         case Intrinsic::usub_with_overflow:
773         case Intrinsic::ssub_with_overflow:
774           ComputeMaskedBitsAddSub(false, II->getArgOperand(0),
775                                   II->getArgOperand(1), false, KnownZero,
776                                   KnownOne, KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
777           break;
778         case Intrinsic::umul_with_overflow:
779         case Intrinsic::smul_with_overflow:
780           ComputeMaskedBitsMul(II->getArgOperand(0), II->getArgOperand(1),
781                                false, KnownZero, KnownOne,
782                                KnownZero2, KnownOne2, TD, Depth);
783           break;
784         }
785       }
786     }
787   }
788 }
789
790 /// ComputeSignBit - Determine whether the sign bit is known to be zero or
791 /// one.  Convenience wrapper around ComputeMaskedBits.
792 void llvm::ComputeSignBit(Value *V, bool &KnownZero, bool &KnownOne,
793                           const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
794   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType(), TD);
795   if (!BitWidth) {
796     KnownZero = false;
797     KnownOne = false;
798     return;
799   }
800   APInt ZeroBits(BitWidth, 0);
801   APInt OneBits(BitWidth, 0);
802   ComputeMaskedBits(V, ZeroBits, OneBits, TD, Depth);
803   KnownOne = OneBits[BitWidth - 1];
804   KnownZero = ZeroBits[BitWidth - 1];
805 }
806
807 /// isKnownToBeAPowerOfTwo - Return true if the given value is known to have exactly one
808 /// bit set when defined. For vectors return true if every element is known to
809 /// be a power of two when defined.  Supports values with integer or pointer
810 /// types and vectors of integers.
811 bool llvm::isKnownToBeAPowerOfTwo(Value *V, bool OrZero, unsigned Depth) {
812   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
813     if (C->isNullValue())
814       return OrZero;
815     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(C))
816       return CI->getValue().isPowerOf2();
817     // TODO: Handle vector constants.
818   }
819
820   // 1 << X is clearly a power of two if the one is not shifted off the end.  If
821   // it is shifted off the end then the result is undefined.
822   if (match(V, m_Shl(m_One(), m_Value())))
823     return true;
824
825   // (signbit) >>l X is clearly a power of two if the one is not shifted off the
826   // bottom.  If it is shifted off the bottom then the result is undefined.
827   if (match(V, m_LShr(m_SignBit(), m_Value())))
828     return true;
829
830   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
831   if (Depth++ == MaxDepth)
832     return false;
833
834   Value *X = 0, *Y = 0;
835   // A shift of a power of two is a power of two or zero.
836   if (OrZero && (match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value())) ||
837                  match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value()))))
838     return isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth);
839
840   if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(V))
841     return isKnownToBeAPowerOfTwo(ZI->getOperand(0), OrZero, Depth);
842
843   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V))
844     return isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getTrueValue(), OrZero, Depth) &&
845       isKnownToBeAPowerOfTwo(SI->getFalseValue(), OrZero, Depth);
846
847   if (OrZero && match(V, m_And(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
848     // A power of two and'd with anything is a power of two or zero.
849     if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/true, Depth) ||
850         isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/true, Depth))
851       return true;
852     // X & (-X) is always a power of two or zero.
853     if (match(X, m_Neg(m_Specific(Y))) || match(Y, m_Neg(m_Specific(X))))
854       return true;
855     return false;
856   }
857
858   // Adding a power-of-two or zero to the same power-of-two or zero yields
859   // either the original power-of-two, a larger power-of-two or zero.
860   if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
861     OverflowingBinaryOperator *VOBO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
862     if (OrZero || VOBO->hasNoUnsignedWrap() || VOBO->hasNoSignedWrap()) {
863       if (match(X, m_And(m_Specific(Y), m_Value())) ||
864           match(X, m_And(m_Value(), m_Specific(Y))))
865         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, OrZero, Depth))
866           return true;
867       if (match(Y, m_And(m_Specific(X), m_Value())) ||
868           match(Y, m_And(m_Value(), m_Specific(X))))
869         if (isKnownToBeAPowerOfTwo(X, OrZero, Depth))
870           return true;
871
872       unsigned BitWidth = V->getType()->getScalarSizeInBits();
873       APInt LHSZeroBits(BitWidth, 0), LHSOneBits(BitWidth, 0);
874       ComputeMaskedBits(X, LHSZeroBits, LHSOneBits, 0, Depth);
875
876       APInt RHSZeroBits(BitWidth, 0), RHSOneBits(BitWidth, 0);
877       ComputeMaskedBits(Y, RHSZeroBits, RHSOneBits, 0, Depth);
878       // If i8 V is a power of two or zero:
879       //  ZeroBits: 1 1 1 0 1 1 1 1
880       // ~ZeroBits: 0 0 0 1 0 0 0 0
881       if ((~(LHSZeroBits & RHSZeroBits)).isPowerOf2())
882         // If OrZero isn't set, we cannot give back a zero result.
883         // Make sure either the LHS or RHS has a bit set.
884         if (OrZero || RHSOneBits.getBoolValue() || LHSOneBits.getBoolValue())
885           return true;
886     }
887   }
888
889   // An exact divide or right shift can only shift off zero bits, so the result
890   // is a power of two only if the first operand is a power of two and not
891   // copying a sign bit (sdiv int_min, 2).
892   if (match(V, m_Exact(m_LShr(m_Value(), m_Value()))) ||
893       match(V, m_Exact(m_UDiv(m_Value(), m_Value())))) {
894     return isKnownToBeAPowerOfTwo(cast<Operator>(V)->getOperand(0), OrZero, Depth);
895   }
896
897   return false;
898 }
899
900 /// \brief Test whether a GEP's result is known to be non-null.
901 ///
902 /// Uses properties inherent in a GEP to try to determine whether it is known
903 /// to be non-null.
904 ///
905 /// Currently this routine does not support vector GEPs.
906 static bool isGEPKnownNonNull(GEPOperator *GEP, const DataLayout *DL,
907                               unsigned Depth) {
908   if (!GEP->isInBounds() || GEP->getPointerAddressSpace() != 0)
909     return false;
910
911   // FIXME: Support vector-GEPs.
912   assert(GEP->getType()->isPointerTy() && "We only support plain pointer GEP");
913
914   // If the base pointer is non-null, we cannot walk to a null address with an
915   // inbounds GEP in address space zero.
916   if (isKnownNonZero(GEP->getPointerOperand(), DL, Depth))
917     return true;
918
919   // Past this, if we don't have DataLayout, we can't do much.
920   if (!DL)
921     return false;
922
923   // Walk the GEP operands and see if any operand introduces a non-zero offset.
924   // If so, then the GEP cannot produce a null pointer, as doing so would
925   // inherently violate the inbounds contract within address space zero.
926   for (gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP), GTE = gep_type_end(GEP);
927        GTI != GTE; ++GTI) {
928     // Struct types are easy -- they must always be indexed by a constant.
929     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
930       ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(GTI.getOperand());
931       unsigned ElementIdx = OpC->getZExtValue();
932       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
933       uint64_t ElementOffset = SL->getElementOffset(ElementIdx);
934       if (ElementOffset > 0)
935         return true;
936       continue;
937     }
938
939     // If we have a zero-sized type, the index doesn't matter. Keep looping.
940     if (DL->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) == 0)
941       continue;
942
943     // Fast path the constant operand case both for efficiency and so we don't
944     // increment Depth when just zipping down an all-constant GEP.
945     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GTI.getOperand())) {
946       if (!OpC->isZero())
947         return true;
948       continue;
949     }
950
951     // We post-increment Depth here because while isKnownNonZero increments it
952     // as well, when we pop back up that increment won't persist. We don't want
953     // to recurse 10k times just because we have 10k GEP operands. We don't
954     // bail completely out because we want to handle constant GEPs regardless
955     // of depth.
956     if (Depth++ >= MaxDepth)
957       continue;
958
959     if (isKnownNonZero(GTI.getOperand(), DL, Depth))
960       return true;
961   }
962
963   return false;
964 }
965
966 /// isKnownNonZero - Return true if the given value is known to be non-zero
967 /// when defined.  For vectors return true if every element is known to be
968 /// non-zero when defined.  Supports values with integer or pointer type and
969 /// vectors of integers.
970 bool llvm::isKnownNonZero(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
971   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
972     if (C->isNullValue())
973       return false;
974     if (isa<ConstantInt>(C))
975       // Must be non-zero due to null test above.
976       return true;
977     // TODO: Handle vectors
978     return false;
979   }
980
981   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
982   if (Depth++ >= MaxDepth)
983     return false;
984
985   // Check for pointer simplifications.
986   if (V->getType()->isPointerTy()) {
987     if (isKnownNonNull(V))
988       return true; 
989     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V))
990       if (isGEPKnownNonNull(GEP, TD, Depth))
991         return true;
992   }
993
994   unsigned BitWidth = getBitWidth(V->getType()->getScalarType(), TD);
995
996   // X | Y != 0 if X != 0 or Y != 0.
997   Value *X = 0, *Y = 0;
998   if (match(V, m_Or(m_Value(X), m_Value(Y))))
999     return isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth);
1000
1001   // ext X != 0 if X != 0.
1002   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V))
1003     return isKnownNonZero(cast<Instruction>(V)->getOperand(0), TD, Depth);
1004
1005   // shl X, Y != 0 if X is odd.  Note that the value of the shift is undefined
1006   // if the lowest bit is shifted off the end.
1007   if (BitWidth && match(V, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1008     // shl nuw can't remove any non-zero bits.
1009     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1010     if (BO->hasNoUnsignedWrap())
1011       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1012
1013     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1014     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1015     ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1016     if (KnownOne[0])
1017       return true;
1018   }
1019   // shr X, Y != 0 if X is negative.  Note that the value of the shift is not
1020   // defined if the sign bit is shifted off the end.
1021   else if (match(V, m_Shr(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1022     // shr exact can only shift out zero bits.
1023     PossiblyExactOperator *BO = cast<PossiblyExactOperator>(V);
1024     if (BO->isExact())
1025       return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1026
1027     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1028     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1029     if (XKnownNegative)
1030       return true;
1031   }
1032   // div exact can only produce a zero if the dividend is zero.
1033   else if (match(V, m_Exact(m_IDiv(m_Value(X), m_Value())))) {
1034     return isKnownNonZero(X, TD, Depth);
1035   }
1036   // X + Y.
1037   else if (match(V, m_Add(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1038     bool XKnownNonNegative, XKnownNegative;
1039     bool YKnownNonNegative, YKnownNegative;
1040     ComputeSignBit(X, XKnownNonNegative, XKnownNegative, TD, Depth);
1041     ComputeSignBit(Y, YKnownNonNegative, YKnownNegative, TD, Depth);
1042
1043     // If X and Y are both non-negative (as signed values) then their sum is not
1044     // zero unless both X and Y are zero.
1045     if (XKnownNonNegative && YKnownNonNegative)
1046       if (isKnownNonZero(X, TD, Depth) || isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1047         return true;
1048
1049     // If X and Y are both negative (as signed values) then their sum is not
1050     // zero unless both X and Y equal INT_MIN.
1051     if (BitWidth && XKnownNegative && YKnownNegative) {
1052       APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1053       APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1054       APInt Mask = APInt::getSignedMaxValue(BitWidth);
1055       // The sign bit of X is set.  If some other bit is set then X is not equal
1056       // to INT_MIN.
1057       ComputeMaskedBits(X, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1058       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1059         return true;
1060       // The sign bit of Y is set.  If some other bit is set then Y is not equal
1061       // to INT_MIN.
1062       ComputeMaskedBits(Y, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1063       if ((KnownOne & Mask) != 0)
1064         return true;
1065     }
1066
1067     // The sum of a non-negative number and a power of two is not zero.
1068     if (XKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(Y, /*OrZero*/false, Depth))
1069       return true;
1070     if (YKnownNonNegative && isKnownToBeAPowerOfTwo(X, /*OrZero*/false, Depth))
1071       return true;
1072   }
1073   // X * Y.
1074   else if (match(V, m_Mul(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1075     OverflowingBinaryOperator *BO = cast<OverflowingBinaryOperator>(V);
1076     // If X and Y are non-zero then so is X * Y as long as the multiplication
1077     // does not overflow.
1078     if ((BO->hasNoSignedWrap() || BO->hasNoUnsignedWrap()) &&
1079         isKnownNonZero(X, TD, Depth) && isKnownNonZero(Y, TD, Depth))
1080       return true;
1081   }
1082   // (C ? X : Y) != 0 if X != 0 and Y != 0.
1083   else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1084     if (isKnownNonZero(SI->getTrueValue(), TD, Depth) &&
1085         isKnownNonZero(SI->getFalseValue(), TD, Depth))
1086       return true;
1087   }
1088
1089   if (!BitWidth) return false;
1090   APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1091   APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1092   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1093   return KnownOne != 0;
1094 }
1095
1096 /// MaskedValueIsZero - Return true if 'V & Mask' is known to be zero.  We use
1097 /// this predicate to simplify operations downstream.  Mask is known to be zero
1098 /// for bits that V cannot have.
1099 ///
1100 /// This function is defined on values with integer type, values with pointer
1101 /// type (but only if TD is non-null), and vectors of integers.  In the case
1102 /// where V is a vector, the mask, known zero, and known one values are the
1103 /// same width as the vector element, and the bit is set only if it is true
1104 /// for all of the elements in the vector.
1105 bool llvm::MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
1106                              const DataLayout *TD, unsigned Depth) {
1107   APInt KnownZero(Mask.getBitWidth(), 0), KnownOne(Mask.getBitWidth(), 0);
1108   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1109   assert((KnownZero & KnownOne) == 0 && "Bits known to be one AND zero?");
1110   return (KnownZero & Mask) == Mask;
1111 }
1112
1113
1114
1115 /// ComputeNumSignBits - Return the number of times the sign bit of the
1116 /// register is replicated into the other bits.  We know that at least 1 bit
1117 /// is always equal to the sign bit (itself), but other cases can give us
1118 /// information.  For example, immediately after an "ashr X, 2", we know that
1119 /// the top 3 bits are all equal to each other, so we return 3.
1120 ///
1121 /// 'Op' must have a scalar integer type.
1122 ///
1123 unsigned llvm::ComputeNumSignBits(Value *V, const DataLayout *TD,
1124                                   unsigned Depth) {
1125   assert((TD || V->getType()->isIntOrIntVectorTy()) &&
1126          "ComputeNumSignBits requires a DataLayout object to operate "
1127          "on non-integer values!");
1128   Type *Ty = V->getType();
1129   unsigned TyBits = TD ? TD->getTypeSizeInBits(V->getType()->getScalarType()) :
1130                          Ty->getScalarSizeInBits();
1131   unsigned Tmp, Tmp2;
1132   unsigned FirstAnswer = 1;
1133
1134   // Note that ConstantInt is handled by the general ComputeMaskedBits case
1135   // below.
1136
1137   if (Depth == 6)
1138     return 1;  // Limit search depth.
1139
1140   Operator *U = dyn_cast<Operator>(V);
1141   switch (Operator::getOpcode(V)) {
1142   default: break;
1143   case Instruction::SExt:
1144     Tmp = TyBits - U->getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits();
1145     return ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1) + Tmp;
1146
1147   case Instruction::AShr: {
1148     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1149     // ashr X, C   -> adds C sign bits.  Vectors too.
1150     const APInt *ShAmt;
1151     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1152       Tmp += ShAmt->getZExtValue();
1153       if (Tmp > TyBits) Tmp = TyBits;
1154     }
1155     return Tmp;
1156   }
1157   case Instruction::Shl: {
1158     const APInt *ShAmt;
1159     if (match(U->getOperand(1), m_APInt(ShAmt))) {
1160       // shl destroys sign bits.
1161       Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1162       Tmp2 = ShAmt->getZExtValue();
1163       if (Tmp2 >= TyBits ||      // Bad shift.
1164           Tmp2 >= Tmp) break;    // Shifted all sign bits out.
1165       return Tmp - Tmp2;
1166     }
1167     break;
1168   }
1169   case Instruction::And:
1170   case Instruction::Or:
1171   case Instruction::Xor:    // NOT is handled here.
1172     // Logical binary ops preserve the number of sign bits at the worst.
1173     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1174     if (Tmp != 1) {
1175       Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1176       FirstAnswer = std::min(Tmp, Tmp2);
1177       // We computed what we know about the sign bits as our first
1178       // answer. Now proceed to the generic code that uses
1179       // ComputeMaskedBits, and pick whichever answer is better.
1180     }
1181     break;
1182
1183   case Instruction::Select:
1184     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1185     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1186     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(2), TD, Depth+1);
1187     return std::min(Tmp, Tmp2);
1188
1189   case Instruction::Add:
1190     // Add can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1191     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1192     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1193     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1194
1195     // Special case decrementing a value (ADD X, -1):
1196     if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(1)))
1197       if (CRHS->isAllOnesValue()) {
1198         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1199         ComputeMaskedBits(U->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1200
1201         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1202         // sign bits set.
1203         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1204           return TyBits;
1205
1206         // If we are subtracting one from a positive number, there is no carry
1207         // out of the result.
1208         if (KnownZero.isNegative())
1209           return Tmp;
1210       }
1211
1212     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1213     if (Tmp2 == 1) return 1;
1214     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1215
1216   case Instruction::Sub:
1217     Tmp2 = ComputeNumSignBits(U->getOperand(1), TD, Depth+1);
1218     if (Tmp2 == 1) return 1;
1219
1220     // Handle NEG.
1221     if (ConstantInt *CLHS = dyn_cast<ConstantInt>(U->getOperand(0)))
1222       if (CLHS->isNullValue()) {
1223         APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1224         ComputeMaskedBits(U->getOperand(1), KnownZero, KnownOne, TD, Depth+1);
1225         // If the input is known to be 0 or 1, the output is 0/-1, which is all
1226         // sign bits set.
1227         if ((KnownZero | APInt(TyBits, 1)).isAllOnesValue())
1228           return TyBits;
1229
1230         // If the input is known to be positive (the sign bit is known clear),
1231         // the output of the NEG has the same number of sign bits as the input.
1232         if (KnownZero.isNegative())
1233           return Tmp2;
1234
1235         // Otherwise, we treat this like a SUB.
1236       }
1237
1238     // Sub can have at most one carry bit.  Thus we know that the output
1239     // is, at worst, one more bit than the inputs.
1240     Tmp = ComputeNumSignBits(U->getOperand(0), TD, Depth+1);
1241     if (Tmp == 1) return 1;  // Early out.
1242     return std::min(Tmp, Tmp2)-1;
1243
1244   case Instruction::PHI: {
1245     PHINode *PN = cast<PHINode>(U);
1246     // Don't analyze large in-degree PHIs.
1247     if (PN->getNumIncomingValues() > 4) break;
1248
1249     // Take the minimum of all incoming values.  This can't infinitely loop
1250     // because of our depth threshold.
1251     Tmp = ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(0), TD, Depth+1);
1252     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1253       if (Tmp == 1) return Tmp;
1254       Tmp = std::min(Tmp,
1255                      ComputeNumSignBits(PN->getIncomingValue(i), TD, Depth+1));
1256     }
1257     return Tmp;
1258   }
1259
1260   case Instruction::Trunc:
1261     // FIXME: it's tricky to do anything useful for this, but it is an important
1262     // case for targets like X86.
1263     break;
1264   }
1265
1266   // Finally, if we can prove that the top bits of the result are 0's or 1's,
1267   // use this information.
1268   APInt KnownZero(TyBits, 0), KnownOne(TyBits, 0);
1269   APInt Mask;
1270   ComputeMaskedBits(V, KnownZero, KnownOne, TD, Depth);
1271
1272   if (KnownZero.isNegative()) {        // sign bit is 0
1273     Mask = KnownZero;
1274   } else if (KnownOne.isNegative()) {  // sign bit is 1;
1275     Mask = KnownOne;
1276   } else {
1277     // Nothing known.
1278     return FirstAnswer;
1279   }
1280
1281   // Okay, we know that the sign bit in Mask is set.  Use CLZ to determine
1282   // the number of identical bits in the top of the input value.
1283   Mask = ~Mask;
1284   Mask <<= Mask.getBitWidth()-TyBits;
1285   // Return # leading zeros.  We use 'min' here in case Val was zero before
1286   // shifting.  We don't want to return '64' as for an i32 "0".
1287   return std::max(FirstAnswer, std::min(TyBits, Mask.countLeadingZeros()));
1288 }
1289
1290 /// ComputeMultiple - This function computes the integer multiple of Base that
1291 /// equals V.  If successful, it returns true and returns the multiple in
1292 /// Multiple.  If unsuccessful, it returns false. It looks
1293 /// through SExt instructions only if LookThroughSExt is true.
1294 bool llvm::ComputeMultiple(Value *V, unsigned Base, Value *&Multiple,
1295                            bool LookThroughSExt, unsigned Depth) {
1296   const unsigned MaxDepth = 6;
1297
1298   assert(V && "No Value?");
1299   assert(Depth <= MaxDepth && "Limit Search Depth");
1300   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not integer or pointer type!");
1301
1302   Type *T = V->getType();
1303
1304   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
1305
1306   if (Base == 0)
1307     return false;
1308
1309   if (Base == 1) {
1310     Multiple = V;
1311     return true;
1312   }
1313
1314   ConstantExpr *CO = dyn_cast<ConstantExpr>(V);
1315   Constant *BaseVal = ConstantInt::get(T, Base);
1316   if (CO && CO == BaseVal) {
1317     // Multiple is 1.
1318     Multiple = ConstantInt::get(T, 1);
1319     return true;
1320   }
1321
1322   if (CI && CI->getZExtValue() % Base == 0) {
1323     Multiple = ConstantInt::get(T, CI->getZExtValue() / Base);
1324     return true;
1325   }
1326
1327   if (Depth == MaxDepth) return false;  // Limit search depth.
1328
1329   Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1330   if (!I) return false;
1331
1332   switch (I->getOpcode()) {
1333   default: break;
1334   case Instruction::SExt:
1335     if (!LookThroughSExt) return false;
1336     // otherwise fall through to ZExt
1337   case Instruction::ZExt:
1338     return ComputeMultiple(I->getOperand(0), Base, Multiple,
1339                            LookThroughSExt, Depth+1);
1340   case Instruction::Shl:
1341   case Instruction::Mul: {
1342     Value *Op0 = I->getOperand(0);
1343     Value *Op1 = I->getOperand(1);
1344
1345     if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
1346       ConstantInt *Op1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
1347       if (!Op1CI) return false;
1348       // Turn Op0 << Op1 into Op0 * 2^Op1
1349       APInt Op1Int = Op1CI->getValue();
1350       uint64_t BitToSet = Op1Int.getLimitedValue(Op1Int.getBitWidth() - 1);
1351       APInt API(Op1Int.getBitWidth(), 0);
1352       API.setBit(BitToSet);
1353       Op1 = ConstantInt::get(V->getContext(), API);
1354     }
1355
1356     Value *Mul0 = NULL;
1357     if (ComputeMultiple(Op0, Base, Mul0, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1358       if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1))
1359         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul0)) {
1360           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1361               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1362             Op1C = ConstantExpr::getZExt(Op1C, MulC->getType());
1363           if (Op1C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1364               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1365             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op1C->getType());
1366
1367           // V == Base * (Mul0 * Op1), so return (Mul0 * Op1)
1368           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op1C);
1369           return true;
1370         }
1371
1372       if (ConstantInt *Mul0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul0))
1373         if (Mul0CI->getValue() == 1) {
1374           // V == Base * Op1, so return Op1
1375           Multiple = Op1;
1376           return true;
1377         }
1378     }
1379
1380     Value *Mul1 = NULL;
1381     if (ComputeMultiple(Op1, Base, Mul1, LookThroughSExt, Depth+1)) {
1382       if (Constant *Op0C = dyn_cast<Constant>(Op0))
1383         if (Constant *MulC = dyn_cast<Constant>(Mul1)) {
1384           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() <
1385               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1386             Op0C = ConstantExpr::getZExt(Op0C, MulC->getType());
1387           if (Op0C->getType()->getPrimitiveSizeInBits() >
1388               MulC->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1389             MulC = ConstantExpr::getZExt(MulC, Op0C->getType());
1390
1391           // V == Base * (Mul1 * Op0), so return (Mul1 * Op0)
1392           Multiple = ConstantExpr::getMul(MulC, Op0C);
1393           return true;
1394         }
1395
1396       if (ConstantInt *Mul1CI = dyn_cast<ConstantInt>(Mul1))
1397         if (Mul1CI->getValue() == 1) {
1398           // V == Base * Op0, so return Op0
1399           Multiple = Op0;
1400           return true;
1401         }
1402     }
1403   }
1404   }
1405
1406   // We could not determine if V is a multiple of Base.
1407   return false;
1408 }
1409
1410 /// CannotBeNegativeZero - Return true if we can prove that the specified FP
1411 /// value is never equal to -0.0.
1412 ///
1413 /// NOTE: this function will need to be revisited when we support non-default
1414 /// rounding modes!
1415 ///
1416 bool llvm::CannotBeNegativeZero(const Value *V, unsigned Depth) {
1417   if (const ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V))
1418     return !CFP->getValueAPF().isNegZero();
1419
1420   if (Depth == 6)
1421     return 1;  // Limit search depth.
1422
1423   const Operator *I = dyn_cast<Operator>(V);
1424   if (I == 0) return false;
1425
1426   // Check if the nsz fast-math flag is set
1427   if (const FPMathOperator *FPO = dyn_cast<FPMathOperator>(I))
1428     if (FPO->hasNoSignedZeros())
1429       return true;
1430
1431   // (add x, 0.0) is guaranteed to return +0.0, not -0.0.
1432   if (I->getOpcode() == Instruction::FAdd)
1433     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1)))
1434       if (CFP->isNullValue())
1435         return true;
1436
1437   // sitofp and uitofp turn into +0.0 for zero.
1438   if (isa<SIToFPInst>(I) || isa<UIToFPInst>(I))
1439     return true;
1440
1441   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1442     // sqrt(-0.0) = -0.0, no other negative results are possible.
1443     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::sqrt)
1444       return CannotBeNegativeZero(II->getArgOperand(0), Depth+1);
1445
1446   if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
1447     if (const Function *F = CI->getCalledFunction()) {
1448       if (F->isDeclaration()) {
1449         // abs(x) != -0.0
1450         if (F->getName() == "abs") return true;
1451         // fabs[lf](x) != -0.0
1452         if (F->getName() == "fabs") return true;
1453         if (F->getName() == "fabsf") return true;
1454         if (F->getName() == "fabsl") return true;
1455         if (F->getName() == "sqrt" || F->getName() == "sqrtf" ||
1456             F->getName() == "sqrtl")
1457           return CannotBeNegativeZero(CI->getArgOperand(0), Depth+1);
1458       }
1459     }
1460
1461   return false;
1462 }
1463
1464 /// isBytewiseValue - If the specified value can be set by repeating the same
1465 /// byte in memory, return the i8 value that it is represented with.  This is
1466 /// true for all i8 values obviously, but is also true for i32 0, i32 -1,
1467 /// i16 0xF0F0, double 0.0 etc.  If the value can't be handled with a repeated
1468 /// byte store (e.g. i16 0x1234), return null.
1469 Value *llvm::isBytewiseValue(Value *V) {
1470   // All byte-wide stores are splatable, even of arbitrary variables.
1471   if (V->getType()->isIntegerTy(8)) return V;
1472
1473   // Handle 'null' ConstantArrayZero etc.
1474   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1475     if (C->isNullValue())
1476       return Constant::getNullValue(Type::getInt8Ty(V->getContext()));
1477
1478   // Constant float and double values can be handled as integer values if the
1479   // corresponding integer value is "byteable".  An important case is 0.0.
1480   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1481     if (CFP->getType()->isFloatTy())
1482       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt32Ty(V->getContext()));
1483     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1484       V = ConstantExpr::getBitCast(CFP, Type::getInt64Ty(V->getContext()));
1485     // Don't handle long double formats, which have strange constraints.
1486   }
1487
1488   // We can handle constant integers that are power of two in size and a
1489   // multiple of 8 bits.
1490   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1491     unsigned Width = CI->getBitWidth();
1492     if (isPowerOf2_32(Width) && Width > 8) {
1493       // We can handle this value if the recursive binary decomposition is the
1494       // same at all levels.
1495       APInt Val = CI->getValue();
1496       APInt Val2;
1497       while (Val.getBitWidth() != 8) {
1498         unsigned NextWidth = Val.getBitWidth()/2;
1499         Val2  = Val.lshr(NextWidth);
1500         Val2 = Val2.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1501         Val = Val.trunc(Val.getBitWidth()/2);
1502
1503         // If the top/bottom halves aren't the same, reject it.
1504         if (Val != Val2)
1505           return 0;
1506       }
1507       return ConstantInt::get(V->getContext(), Val);
1508     }
1509   }
1510
1511   // A ConstantDataArray/Vector is splatable if all its members are equal and
1512   // also splatable.
1513   if (ConstantDataSequential *CA = dyn_cast<ConstantDataSequential>(V)) {
1514     Value *Elt = CA->getElementAsConstant(0);
1515     Value *Val = isBytewiseValue(Elt);
1516     if (!Val)
1517       return 0;
1518
1519     for (unsigned I = 1, E = CA->getNumElements(); I != E; ++I)
1520       if (CA->getElementAsConstant(I) != Elt)
1521         return 0;
1522
1523     return Val;
1524   }
1525
1526   // Conceptually, we could handle things like:
1527   //   %a = zext i8 %X to i16
1528   //   %b = shl i16 %a, 8
1529   //   %c = or i16 %a, %b
1530   // but until there is an example that actually needs this, it doesn't seem
1531   // worth worrying about.
1532   return 0;
1533 }
1534
1535
1536 // This is the recursive version of BuildSubAggregate. It takes a few different
1537 // arguments. Idxs is the index within the nested struct From that we are
1538 // looking at now (which is of type IndexedType). IdxSkip is the number of
1539 // indices from Idxs that should be left out when inserting into the resulting
1540 // struct. To is the result struct built so far, new insertvalue instructions
1541 // build on that.
1542 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, Value* To, Type *IndexedType,
1543                                 SmallVectorImpl<unsigned> &Idxs,
1544                                 unsigned IdxSkip,
1545                                 Instruction *InsertBefore) {
1546   llvm::StructType *STy = dyn_cast<llvm::StructType>(IndexedType);
1547   if (STy) {
1548     // Save the original To argument so we can modify it
1549     Value *OrigTo = To;
1550     // General case, the type indexed by Idxs is a struct
1551     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
1552       // Process each struct element recursively
1553       Idxs.push_back(i);
1554       Value *PrevTo = To;
1555       To = BuildSubAggregate(From, To, STy->getElementType(i), Idxs, IdxSkip,
1556                              InsertBefore);
1557       Idxs.pop_back();
1558       if (!To) {
1559         // Couldn't find any inserted value for this index? Cleanup
1560         while (PrevTo != OrigTo) {
1561           InsertValueInst* Del = cast<InsertValueInst>(PrevTo);
1562           PrevTo = Del->getAggregateOperand();
1563           Del->eraseFromParent();
1564         }
1565         // Stop processing elements
1566         break;
1567       }
1568     }
1569     // If we successfully found a value for each of our subaggregates
1570     if (To)
1571       return To;
1572   }
1573   // Base case, the type indexed by SourceIdxs is not a struct, or not all of
1574   // the struct's elements had a value that was inserted directly. In the latter
1575   // case, perhaps we can't determine each of the subelements individually, but
1576   // we might be able to find the complete struct somewhere.
1577
1578   // Find the value that is at that particular spot
1579   Value *V = FindInsertedValue(From, Idxs);
1580
1581   if (!V)
1582     return NULL;
1583
1584   // Insert the value in the new (sub) aggregrate
1585   return llvm::InsertValueInst::Create(To, V, makeArrayRef(Idxs).slice(IdxSkip),
1586                                        "tmp", InsertBefore);
1587 }
1588
1589 // This helper takes a nested struct and extracts a part of it (which is again a
1590 // struct) into a new value. For example, given the struct:
1591 // { a, { b, { c, d }, e } }
1592 // and the indices "1, 1" this returns
1593 // { c, d }.
1594 //
1595 // It does this by inserting an insertvalue for each element in the resulting
1596 // struct, as opposed to just inserting a single struct. This will only work if
1597 // each of the elements of the substruct are known (ie, inserted into From by an
1598 // insertvalue instruction somewhere).
1599 //
1600 // All inserted insertvalue instructions are inserted before InsertBefore
1601 static Value *BuildSubAggregate(Value *From, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1602                                 Instruction *InsertBefore) {
1603   assert(InsertBefore && "Must have someplace to insert!");
1604   Type *IndexedType = ExtractValueInst::getIndexedType(From->getType(),
1605                                                              idx_range);
1606   Value *To = UndefValue::get(IndexedType);
1607   SmallVector<unsigned, 10> Idxs(idx_range.begin(), idx_range.end());
1608   unsigned IdxSkip = Idxs.size();
1609
1610   return BuildSubAggregate(From, To, IndexedType, Idxs, IdxSkip, InsertBefore);
1611 }
1612
1613 /// FindInsertedValue - Given an aggregrate and an sequence of indices, see if
1614 /// the scalar value indexed is already around as a register, for example if it
1615 /// were inserted directly into the aggregrate.
1616 ///
1617 /// If InsertBefore is not null, this function will duplicate (modified)
1618 /// insertvalues when a part of a nested struct is extracted.
1619 Value *llvm::FindInsertedValue(Value *V, ArrayRef<unsigned> idx_range,
1620                                Instruction *InsertBefore) {
1621   // Nothing to index? Just return V then (this is useful at the end of our
1622   // recursion).
1623   if (idx_range.empty())
1624     return V;
1625   // We have indices, so V should have an indexable type.
1626   assert((V->getType()->isStructTy() || V->getType()->isArrayTy()) &&
1627          "Not looking at a struct or array?");
1628   assert(ExtractValueInst::getIndexedType(V->getType(), idx_range) &&
1629          "Invalid indices for type?");
1630
1631   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1632     C = C->getAggregateElement(idx_range[0]);
1633     if (C == 0) return 0;
1634     return FindInsertedValue(C, idx_range.slice(1), InsertBefore);
1635   }
1636
1637   if (InsertValueInst *I = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1638     // Loop the indices for the insertvalue instruction in parallel with the
1639     // requested indices
1640     const unsigned *req_idx = idx_range.begin();
1641     for (const unsigned *i = I->idx_begin(), *e = I->idx_end();
1642          i != e; ++i, ++req_idx) {
1643       if (req_idx == idx_range.end()) {
1644         // We can't handle this without inserting insertvalues
1645         if (!InsertBefore)
1646           return 0;
1647
1648         // The requested index identifies a part of a nested aggregate. Handle
1649         // this specially. For example,
1650         // %A = insertvalue { i32, {i32, i32 } } undef, i32 10, 1, 0
1651         // %B = insertvalue { i32, {i32, i32 } } %A, i32 11, 1, 1
1652         // %C = extractvalue {i32, { i32, i32 } } %B, 1
1653         // This can be changed into
1654         // %A = insertvalue {i32, i32 } undef, i32 10, 0
1655         // %C = insertvalue {i32, i32 } %A, i32 11, 1
1656         // which allows the unused 0,0 element from the nested struct to be
1657         // removed.
1658         return BuildSubAggregate(V, makeArrayRef(idx_range.begin(), req_idx),
1659                                  InsertBefore);
1660       }
1661
1662       // This insert value inserts something else than what we are looking for.
1663       // See if the (aggregrate) value inserted into has the value we are
1664       // looking for, then.
1665       if (*req_idx != *i)
1666         return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), idx_range,
1667                                  InsertBefore);
1668     }
1669     // If we end up here, the indices of the insertvalue match with those
1670     // requested (though possibly only partially). Now we recursively look at
1671     // the inserted value, passing any remaining indices.
1672     return FindInsertedValue(I->getInsertedValueOperand(),
1673                              makeArrayRef(req_idx, idx_range.end()),
1674                              InsertBefore);
1675   }
1676
1677   if (ExtractValueInst *I = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
1678     // If we're extracting a value from an aggregrate that was extracted from
1679     // something else, we can extract from that something else directly instead.
1680     // However, we will need to chain I's indices with the requested indices.
1681
1682     // Calculate the number of indices required
1683     unsigned size = I->getNumIndices() + idx_range.size();
1684     // Allocate some space to put the new indices in
1685     SmallVector<unsigned, 5> Idxs;
1686     Idxs.reserve(size);
1687     // Add indices from the extract value instruction
1688     Idxs.append(I->idx_begin(), I->idx_end());
1689
1690     // Add requested indices
1691     Idxs.append(idx_range.begin(), idx_range.end());
1692
1693     assert(Idxs.size() == size
1694            && "Number of indices added not correct?");
1695
1696     return FindInsertedValue(I->getAggregateOperand(), Idxs, InsertBefore);
1697   }
1698   // Otherwise, we don't know (such as, extracting from a function return value
1699   // or load instruction)
1700   return 0;
1701 }
1702
1703 /// GetPointerBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if
1704 /// it can be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the
1705 /// base and offset to the caller.
1706 Value *llvm::GetPointerBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
1707                                               const DataLayout *DL) {
1708   // Without DataLayout, conservatively assume 64-bit offsets, which is
1709   // the widest we support.
1710   unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerTypeSizeInBits(Ptr->getType()) : 64;
1711   APInt ByteOffset(BitWidth, 0);
1712   while (1) {
1713     if (Ptr->getType()->isVectorTy())
1714       break;
1715
1716     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
1717       if (DL) {
1718         APInt GEPOffset(BitWidth, 0);
1719         if (!GEP->accumulateConstantOffset(*DL, GEPOffset))
1720           break;
1721
1722         ByteOffset += GEPOffset;
1723       }
1724
1725       Ptr = GEP->getPointerOperand();
1726     } else if (Operator::getOpcode(Ptr) == Instruction::BitCast) {
1727       Ptr = cast<Operator>(Ptr)->getOperand(0);
1728     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(Ptr)) {
1729       if (GA->mayBeOverridden())
1730         break;
1731       Ptr = GA->getAliasee();
1732     } else {
1733       break;
1734     }
1735   }
1736   Offset = ByteOffset.getSExtValue();
1737   return Ptr;
1738 }
1739
1740
1741 /// getConstantStringInfo - This function computes the length of a
1742 /// null-terminated C string pointed to by V.  If successful, it returns true
1743 /// and returns the string in Str.  If unsuccessful, it returns false.
1744 bool llvm::getConstantStringInfo(const Value *V, StringRef &Str,
1745                                  uint64_t Offset, bool TrimAtNul) {
1746   assert(V);
1747
1748   // Look through bitcast instructions and geps.
1749   V = V->stripPointerCasts();
1750
1751   // If the value is a GEP instructionor  constant expression, treat it as an
1752   // offset.
1753   if (const GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1754     // Make sure the GEP has exactly three arguments.
1755     if (GEP->getNumOperands() != 3)
1756       return false;
1757
1758     // Make sure the index-ee is a pointer to array of i8.
1759     PointerType *PT = cast<PointerType>(GEP->getOperand(0)->getType());
1760     ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(PT->getElementType());
1761     if (AT == 0 || !AT->getElementType()->isIntegerTy(8))
1762       return false;
1763
1764     // Check to make sure that the first operand of the GEP is an integer and
1765     // has value 0 so that we are sure we're indexing into the initializer.
1766     const ConstantInt *FirstIdx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1));
1767     if (FirstIdx == 0 || !FirstIdx->isZero())
1768       return false;
1769
1770     // If the second index isn't a ConstantInt, then this is a variable index
1771     // into the array.  If this occurs, we can't say anything meaningful about
1772     // the string.
1773     uint64_t StartIdx = 0;
1774     if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2)))
1775       StartIdx = CI->getZExtValue();
1776     else
1777       return false;
1778     return getConstantStringInfo(GEP->getOperand(0), Str, StartIdx+Offset);
1779   }
1780
1781   // The GEP instruction, constant or instruction, must reference a global
1782   // variable that is a constant and is initialized. The referenced constant
1783   // initializer is the array that we'll use for optimization.
1784   const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V);
1785   if (!GV || !GV->isConstant() || !GV->hasDefinitiveInitializer())
1786     return false;
1787
1788   // Handle the all-zeros case
1789   if (GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1790     // This is a degenerate case. The initializer is constant zero so the
1791     // length of the string must be zero.
1792     Str = "";
1793     return true;
1794   }
1795
1796   // Must be a Constant Array
1797   const ConstantDataArray *Array =
1798     dyn_cast<ConstantDataArray>(GV->getInitializer());
1799   if (Array == 0 || !Array->isString())
1800     return false;
1801
1802   // Get the number of elements in the array
1803   uint64_t NumElts = Array->getType()->getArrayNumElements();
1804
1805   // Start out with the entire array in the StringRef.
1806   Str = Array->getAsString();
1807
1808   if (Offset > NumElts)
1809     return false;
1810
1811   // Skip over 'offset' bytes.
1812   Str = Str.substr(Offset);
1813
1814   if (TrimAtNul) {
1815     // Trim off the \0 and anything after it.  If the array is not nul
1816     // terminated, we just return the whole end of string.  The client may know
1817     // some other way that the string is length-bound.
1818     Str = Str.substr(0, Str.find('\0'));
1819   }
1820   return true;
1821 }
1822
1823 // These next two are very similar to the above, but also look through PHI
1824 // nodes.
1825 // TODO: See if we can integrate these two together.
1826
1827 /// GetStringLengthH - If we can compute the length of the string pointed to by
1828 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1829 static uint64_t GetStringLengthH(Value *V, SmallPtrSet<PHINode*, 32> &PHIs) {
1830   // Look through noop bitcast instructions.
1831   V = V->stripPointerCasts();
1832
1833   // If this is a PHI node, there are two cases: either we have already seen it
1834   // or we haven't.
1835   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1836     if (!PHIs.insert(PN))
1837       return ~0ULL;  // already in the set.
1838
1839     // If it was new, see if all the input strings are the same length.
1840     uint64_t LenSoFar = ~0ULL;
1841     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1842       uint64_t Len = GetStringLengthH(PN->getIncomingValue(i), PHIs);
1843       if (Len == 0) return 0; // Unknown length -> unknown.
1844
1845       if (Len == ~0ULL) continue;
1846
1847       if (Len != LenSoFar && LenSoFar != ~0ULL)
1848         return 0;    // Disagree -> unknown.
1849       LenSoFar = Len;
1850     }
1851
1852     // Success, all agree.
1853     return LenSoFar;
1854   }
1855
1856   // strlen(select(c,x,y)) -> strlen(x) ^ strlen(y)
1857   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
1858     uint64_t Len1 = GetStringLengthH(SI->getTrueValue(), PHIs);
1859     if (Len1 == 0) return 0;
1860     uint64_t Len2 = GetStringLengthH(SI->getFalseValue(), PHIs);
1861     if (Len2 == 0) return 0;
1862     if (Len1 == ~0ULL) return Len2;
1863     if (Len2 == ~0ULL) return Len1;
1864     if (Len1 != Len2) return 0;
1865     return Len1;
1866   }
1867
1868   // Otherwise, see if we can read the string.
1869   StringRef StrData;
1870   if (!getConstantStringInfo(V, StrData))
1871     return 0;
1872
1873   return StrData.size()+1;
1874 }
1875
1876 /// GetStringLength - If we can compute the length of the string pointed to by
1877 /// the specified pointer, return 'len+1'.  If we can't, return 0.
1878 uint64_t llvm::GetStringLength(Value *V) {
1879   if (!V->getType()->isPointerTy()) return 0;
1880
1881   SmallPtrSet<PHINode*, 32> PHIs;
1882   uint64_t Len = GetStringLengthH(V, PHIs);
1883   // If Len is ~0ULL, we had an infinite phi cycle: this is dead code, so return
1884   // an empty string as a length.
1885   return Len == ~0ULL ? 1 : Len;
1886 }
1887
1888 Value *
1889 llvm::GetUnderlyingObject(Value *V, const DataLayout *TD, unsigned MaxLookup) {
1890   if (!V->getType()->isPointerTy())
1891     return V;
1892   for (unsigned Count = 0; MaxLookup == 0 || Count < MaxLookup; ++Count) {
1893     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(V)) {
1894       V = GEP->getPointerOperand();
1895     } else if (Operator::getOpcode(V) == Instruction::BitCast) {
1896       V = cast<Operator>(V)->getOperand(0);
1897     } else if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
1898       if (GA->mayBeOverridden())
1899         return V;
1900       V = GA->getAliasee();
1901     } else {
1902       // See if InstructionSimplify knows any relevant tricks.
1903       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1904         // TODO: Acquire a DominatorTree and use it.
1905         if (Value *Simplified = SimplifyInstruction(I, TD, 0)) {
1906           V = Simplified;
1907           continue;
1908         }
1909
1910       return V;
1911     }
1912     assert(V->getType()->isPointerTy() && "Unexpected operand type!");
1913   }
1914   return V;
1915 }
1916
1917 void
1918 llvm::GetUnderlyingObjects(Value *V,
1919                            SmallVectorImpl<Value *> &Objects,
1920                            const DataLayout *TD,
1921                            unsigned MaxLookup) {
1922   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
1923   SmallVector<Value *, 4> Worklist;
1924   Worklist.push_back(V);
1925   do {
1926     Value *P = Worklist.pop_back_val();
1927     P = GetUnderlyingObject(P, TD, MaxLookup);
1928
1929     if (!Visited.insert(P))
1930       continue;
1931
1932     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
1933       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
1934       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
1935       continue;
1936     }
1937
1938     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
1939       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1940         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
1941       continue;
1942     }
1943
1944     Objects.push_back(P);
1945   } while (!Worklist.empty());
1946 }
1947
1948 /// onlyUsedByLifetimeMarkers - Return true if the only users of this pointer
1949 /// are lifetime markers.
1950 ///
1951 bool llvm::onlyUsedByLifetimeMarkers(const Value *V) {
1952   for (Value::const_use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
1953        UI != UE; ++UI) {
1954     const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(*UI);
1955     if (!II) return false;
1956
1957     if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_start &&
1958         II->getIntrinsicID() != Intrinsic::lifetime_end)
1959       return false;
1960   }
1961   return true;
1962 }
1963
1964 bool llvm::isSafeToSpeculativelyExecute(const Value *V,
1965                                         const DataLayout *TD) {
1966   const Operator *Inst = dyn_cast<Operator>(V);
1967   if (!Inst)
1968     return false;
1969
1970   for (unsigned i = 0, e = Inst->getNumOperands(); i != e; ++i)
1971     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Inst->getOperand(i)))
1972       if (C->canTrap())
1973         return false;
1974
1975   switch (Inst->getOpcode()) {
1976   default:
1977     return true;
1978   case Instruction::UDiv:
1979   case Instruction::URem:
1980     // x / y is undefined if y == 0, but calcuations like x / 3 are safe.
1981     return isKnownNonZero(Inst->getOperand(1), TD);
1982   case Instruction::SDiv:
1983   case Instruction::SRem: {
1984     Value *Op = Inst->getOperand(1);
1985     // x / y is undefined if y == 0
1986     if (!isKnownNonZero(Op, TD))
1987       return false;
1988     // x / y might be undefined if y == -1
1989     unsigned BitWidth = getBitWidth(Op->getType(), TD);
1990     if (BitWidth == 0)
1991       return false;
1992     APInt KnownZero(BitWidth, 0);
1993     APInt KnownOne(BitWidth, 0);
1994     ComputeMaskedBits(Op, KnownZero, KnownOne, TD);
1995     return !!KnownZero;
1996   }
1997   case Instruction::Load: {
1998     const LoadInst *LI = cast<LoadInst>(Inst);
1999     if (!LI->isUnordered())
2000       return false;
2001     return LI->getPointerOperand()->isDereferenceablePointer();
2002   }
2003   case Instruction::Call: {
2004    if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
2005      switch (II->getIntrinsicID()) {
2006        // These synthetic intrinsics have no side-effects, and just mark
2007        // information about their operands.
2008        // FIXME: There are other no-op synthetic instructions that potentially
2009        // should be considered at least *safe* to speculate...
2010        case Intrinsic::dbg_declare:
2011        case Intrinsic::dbg_value:
2012          return true;
2013
2014        case Intrinsic::bswap:
2015        case Intrinsic::ctlz:
2016        case Intrinsic::ctpop:
2017        case Intrinsic::cttz:
2018        case Intrinsic::objectsize:
2019        case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2020        case Intrinsic::smul_with_overflow:
2021        case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2022        case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2023        case Intrinsic::umul_with_overflow:
2024        case Intrinsic::usub_with_overflow:
2025          return true;
2026        // TODO: some fp intrinsics are marked as having the same error handling
2027        // as libm. They're safe to speculate when they won't error.
2028        // TODO: are convert_{from,to}_fp16 safe?
2029        // TODO: can we list target-specific intrinsics here?
2030        default: break;
2031      }
2032    }
2033     return false; // The called function could have undefined behavior or
2034                   // side-effects, even if marked readnone nounwind.
2035   }
2036   case Instruction::VAArg:
2037   case Instruction::Alloca:
2038   case Instruction::Invoke:
2039   case Instruction::PHI:
2040   case Instruction::Store:
2041   case Instruction::Ret:
2042   case Instruction::Br:
2043   case Instruction::IndirectBr:
2044   case Instruction::Switch:
2045   case Instruction::Unreachable:
2046   case Instruction::Fence:
2047   case Instruction::LandingPad:
2048   case Instruction::AtomicRMW:
2049   case Instruction::AtomicCmpXchg:
2050   case Instruction::Resume:
2051     return false; // Misc instructions which have effects
2052   }
2053 }
2054
2055 /// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
2056 /// null.
2057 bool llvm::isKnownNonNull(const Value *V) {
2058   // Alloca never returns null, malloc might.
2059   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
2060
2061   // A byval argument is never null.
2062   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
2063     return A->hasByValAttr();
2064
2065   // Global values are not null unless extern weak.
2066   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
2067     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
2068   return false;
2069 }