Revert r240137 (Fixed/added namespace ending comments using clang-tidy. NFC)
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
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 pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
23 #include "llvm/IR/CallSite.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
27 #include "llvm/IR/Dominators.h"
28 #include "llvm/IR/Function.h"
29 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
38 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
50 using namespace llvm;
51 using namespace llvm::PatternMatch;
52
53 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
54
55 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
56 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
57 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
58 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
59                       "sunken Cmps");
60 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
61                        "of sunken Casts");
62 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
63                           "computations were sunk");
64 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
65 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
66 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
67 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
68 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
69 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
70 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
71
72 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
73   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
74   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
75
76 static cl::opt<bool>
77     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
78                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
79
80 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
81   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
82   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
83
84 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
85   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
86   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
87
88 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
89    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
90    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
91
92 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
93     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
94     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
95
96 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
97     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
98     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
99
100 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
101     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
102     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
103              "CodeGenPrepare"));
104
105 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
106     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
107     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
108              "optimization in CodeGenPrepare"));
109
110 namespace {
111 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
112 struct TypeIsSExt {
113   Type *Ty;
114   bool IsSExt;
115   TypeIsSExt(Type *Ty, bool IsSExt) : Ty(Ty), IsSExt(IsSExt) {}
116 };
117 typedef DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt> InstrToOrigTy;
118 class TypePromotionTransaction;
119
120   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
121     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
122     /// transformation profitability.
123     const TargetMachine *TM;
124     const TargetLowering *TLI;
125     const TargetTransformInfo *TTI;
126     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
127
128     /// CurInstIterator - As we scan instructions optimizing them, this is the
129     /// next instruction to optimize.  Xforms that can invalidate this should
130     /// update it.
131     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
132
133     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
134     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
135     /// multiple load/stores of the same address.
136     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
137
138     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
139     SetOfInstrs InsertedInsts;
140     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
141     /// promotion for the current function.
142     InstrToOrigTy PromotedInsts;
143
144     /// ModifiedDT - If CFG is modified in anyway.
145     bool ModifiedDT;
146
147     /// OptSize - True if optimizing for size.
148     bool OptSize;
149
150   public:
151     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
152     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
153         : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr), TTI(nullptr) {
154         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
155       }
156     bool runOnFunction(Function &F) override;
157
158     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
159
160     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
161       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
162       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
163       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
164     }
165
166   private:
167     bool EliminateFallThrough(Function &F);
168     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
169     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
170     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
171     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT);
172     bool OptimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT);
173     bool OptimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr,
174                             Type *AccessTy, unsigned AS);
175     bool OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
176     bool OptimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT);
177     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *&I);
178     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
179     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
180     bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
181     bool OptimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
182     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
183     bool PlaceDbgValues(Function &F);
184     bool sinkAndCmp(Function &F);
185     bool ExtLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT, LoadInst *&LI,
186                         Instruction *&Inst,
187                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
188                         unsigned CreatedInstCost);
189     bool splitBranchCondition(Function &F);
190     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
191   };
192 }
193
194 char CodeGenPrepare::ID = 0;
195 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
196                    "Optimize for code generation", false, false)
197
198 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
199   return new CodeGenPrepare(TM);
200 }
201
202 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
203   if (skipOptnoneFunction(F))
204     return false;
205
206   bool EverMadeChange = false;
207   // Clear per function information.
208   InsertedInsts.clear();
209   PromotedInsts.clear();
210
211   ModifiedDT = false;
212   if (TM)
213     TLI = TM->getSubtargetImpl(F)->getTargetLowering();
214   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
215   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
216   OptSize = F.hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
217
218   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
219   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
220   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
221     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
222        TLI->getBypassSlowDivWidths();
223     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
224       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
225   }
226
227   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
228   // unconditional branch.
229   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
230
231   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
232   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
233   // find a node corresponding to the value.
234   EverMadeChange |= PlaceDbgValues(F);
235
236   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
237   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
238   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
239   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
240   if (!DisableBranchOpts) {
241     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
242     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
243   }
244
245   bool MadeChange = true;
246   while (MadeChange) {
247     MadeChange = false;
248     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
249       BasicBlock *BB = I++;
250       bool ModifiedDTOnIteration = false;
251       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
252
253       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
254       if (ModifiedDTOnIteration)
255         break;
256     }
257     EverMadeChange |= MadeChange;
258   }
259
260   SunkAddrs.clear();
261
262   if (!DisableBranchOpts) {
263     MadeChange = false;
264     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
265     for (BasicBlock &BB : F) {
266       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
267       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
268       if (!MadeChange) continue;
269
270       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
271              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
272         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
273           WorkList.insert(*II);
274     }
275
276     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
277     MadeChange |= !WorkList.empty();
278     while (!WorkList.empty()) {
279       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
280       WorkList.erase(BB);
281       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
282
283       DeleteDeadBlock(BB);
284
285       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
286              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
287         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
288           WorkList.insert(*II);
289     }
290
291     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
292     // a single edge.
293     if (EverMadeChange || MadeChange)
294       MadeChange |= EliminateFallThrough(F);
295
296     EverMadeChange |= MadeChange;
297   }
298
299   if (!DisableGCOpts) {
300     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
301     for (BasicBlock &BB : F)
302       for (Instruction &I : BB)
303         if (isStatepoint(I))
304           Statepoints.push_back(&I);
305     for (auto &I : Statepoints)
306       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
307   }
308
309   return EverMadeChange;
310 }
311
312 /// EliminateFallThrough - Merge basic blocks which are connected
313 /// by a single edge, where one of the basic blocks has a single successor
314 /// pointing to the other basic block, which has a single predecessor.
315 bool CodeGenPrepare::EliminateFallThrough(Function &F) {
316   bool Changed = false;
317   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
318   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
319     BasicBlock *BB = I++;
320     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
321     // edge, just collapse it.
322     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
323
324     // Don't merge if BB's address is taken.
325     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
326
327     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
328     if (Term && !Term->isConditional()) {
329       Changed = true;
330       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
331       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
332       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
333       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
334       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, nullptr);
335
336       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
337         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
338
339       // We have erased a block. Update the iterator.
340       I = BB;
341     }
342   }
343   return Changed;
344 }
345
346 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes,
347 /// debug info directives, and an unconditional branch.  Passes before isel
348 /// (e.g. LSR/loopsimplify) often split edges in ways that are non-optimal for
349 /// isel.  Start by eliminating these blocks so we can split them the way we
350 /// want them.
351 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
352   bool MadeChange = false;
353   // Note that this intentionally skips the entry block.
354   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
355     BasicBlock *BB = I++;
356
357     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
358     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
359     if (!BI || !BI->isUnconditional())
360       continue;
361
362     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
363     // node, then other stuff is happening here.
364     BasicBlock::iterator BBI = BI;
365     if (BBI != BB->begin()) {
366       --BBI;
367       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
368         if (BBI == BB->begin())
369           break;
370         --BBI;
371       }
372       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
373         continue;
374     }
375
376     // Do not break infinite loops.
377     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
378     if (DestBB == BB)
379       continue;
380
381     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
382       continue;
383
384     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
385     MadeChange = true;
386   }
387   return MadeChange;
388 }
389
390 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
391 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
392 /// instructions.
393 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
394                                     const BasicBlock *DestBB) const {
395   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
396   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
397   // don't mess around with them.
398   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
399   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
400     for (const User *U : PN->users()) {
401       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
402       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
403         return false;
404       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
405       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
406       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
407       if (UI->getParent() == DestBB) {
408         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
409           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
410             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
411             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
412                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
413               return false;
414           }
415       }
416     }
417   }
418
419   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
420   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
421   // can't merge the block.
422   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
423   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
424
425   // Collect the preds of BB.
426   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
427   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
428     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
429     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
430       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
431   } else {
432     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
433   }
434
435   // Walk the preds of DestBB.
436   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
437     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
438     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
439       BBI = DestBB->begin();
440       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
441         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
442         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
443
444         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
445         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
446           if (V2PN->getParent() == BB)
447             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
448
449         // If there is a conflict, bail out.
450         if (V1 != V2) return false;
451       }
452     }
453   }
454
455   return true;
456 }
457
458
459 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
460 /// an unconditional branch in it.
461 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
462   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
463   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
464
465   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
466
467   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
468   // just collapse it.
469   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
470     if (SinglePred != DestBB) {
471       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
472       // will need to move BB back to the entry position.
473       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
474       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, nullptr);
475
476       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
477         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
478
479       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
480       return;
481     }
482   }
483
484   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
485   // to handle the new incoming edges it is about to have.
486   PHINode *PN;
487   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
488        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
489     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
490     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
491
492     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
493     // value that dominates BB.
494     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
495     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
496       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
497       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
498         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
499                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
500     } else {
501       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
502       // we will be adding.
503       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
504         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
505           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
506       } else {
507         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
508           PN->addIncoming(InVal, *PI);
509       }
510     }
511   }
512
513   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
514   // DestBB and remove BB.
515   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
516   BB->eraseFromParent();
517   ++NumBlocksElim;
518
519   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
520 }
521
522 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
523 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
524 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
525     const SmallVectorImpl<User *> &AllRelocateCalls,
526     DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> &
527         RelocateInstMap) {
528   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
529   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
530   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
531   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, IntrinsicInst *> RelocateIdxMap;
532   for (auto &U : AllRelocateCalls) {
533     GCRelocateOperands ThisRelocate(U);
534     IntrinsicInst *I = cast<IntrinsicInst>(U);
535     auto K = std::make_pair(ThisRelocate.getBasePtrIndex(),
536                             ThisRelocate.getDerivedPtrIndex());
537     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, I));
538   }
539   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
540     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
541     if (Key.first == Key.second)
542       // Base relocation: nothing to insert
543       continue;
544
545     IntrinsicInst *I = Item.second;
546     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
547
548     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
549     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
550     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
551       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
552       // that, if there are enough derived object relocates.
553       continue;
554
555     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
556   }
557 }
558
559 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
560 // small integer constants
561 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
562                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
563   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
564     // Only accept small constant integer operands
565     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
566     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
567       return false;
568   }
569
570   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
571     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
572   return true;
573 }
574
575 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
576 // replace, computes a replacement, and affects it.
577 static bool
578 simplifyRelocatesOffABase(IntrinsicInst *RelocatedBase,
579                           const SmallVectorImpl<IntrinsicInst *> &Targets) {
580   bool MadeChange = false;
581   for (auto &ToReplace : Targets) {
582     GCRelocateOperands MasterRelocate(RelocatedBase);
583     GCRelocateOperands ThisRelocate(ToReplace);
584
585     assert(ThisRelocate.getBasePtrIndex() == MasterRelocate.getBasePtrIndex() &&
586            "Not relocating a derived object of the original base object");
587     if (ThisRelocate.getBasePtrIndex() == ThisRelocate.getDerivedPtrIndex()) {
588       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
589       continue;
590     }
591
592     Value *Base = ThisRelocate.getBasePtr();
593     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ThisRelocate.getDerivedPtr());
594     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
595       continue;
596
597     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
598     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
599       continue;
600
601     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
602     assert(RelocatedBase->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
603
604     // Insert after RelocatedBase
605     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
606     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
607
608     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
609     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
610     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
611     // cases like this:
612     // bb1:
613     //  ...
614     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
615     //  br label %merge
616     //
617     // bb2:
618     //  ...
619     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
620     //  br label %merge
621     //
622     // merge:
623     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
624     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
625     //
626     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
627     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
628     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
629     Instruction *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
630     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
631       ActualRelocatedBase =
632           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType()));
633     }
634     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
635         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
636     Instruction *ReplacementInst = cast<Instruction>(Replacement);
637     Replacement->takeName(ToReplace);
638     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
639     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
640     Instruction *ActualReplacement = ReplacementInst;
641     if (ReplacementInst->getType() != ToReplace->getType()) {
642       ActualReplacement =
643           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(ReplacementInst, ToReplace->getType()));
644     }
645     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
646     ToReplace->eraseFromParent();
647
648     MadeChange = true;
649   }
650   return MadeChange;
651 }
652
653 // Turns this:
654 //
655 // %base = ...
656 // %ptr = gep %base + 15
657 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
658 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
659 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
660 // %val = load %ptr'
661 //
662 // into this:
663 //
664 // %base = ...
665 // %ptr = gep %base + 15
666 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
667 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
668 // %ptr' = gep %base' + 15
669 // %val = load %ptr'
670 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
671   bool MadeChange = false;
672   SmallVector<User *, 2> AllRelocateCalls;
673
674   for (auto *U : I.users())
675     if (isGCRelocate(dyn_cast<Instruction>(U)))
676       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
677       AllRelocateCalls.push_back(U);
678
679   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
680   // relocation to mangle
681   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
682     return false;
683
684   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
685   // corresponding derived relocate instructions
686   DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> RelocateInstMap;
687   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
688   if (RelocateInstMap.empty())
689     return false;
690
691   for (auto &Item : RelocateInstMap)
692     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
693     // Item.second is the vector of Targets to replace
694     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
695   return MadeChange;
696 }
697
698 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
699 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
700   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
701
702   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
703   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
704
705   bool MadeChange = false;
706   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
707        UI != E; ) {
708     Use &TheUse = UI.getUse();
709     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
710
711     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
712     // appropriate predecessor block.
713     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
714     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
715       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
716     }
717
718     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
719     ++UI;
720
721     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
722     if (UserBB == DefBB) continue;
723
724     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
725     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
726
727     if (!InsertedCast) {
728       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
729       InsertedCast =
730         CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
731                          InsertPt);
732     }
733
734     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
735     TheUse = InsertedCast;
736     MadeChange = true;
737     ++NumCastUses;
738   }
739
740   // If we removed all uses, nuke the cast.
741   if (CI->use_empty()) {
742     CI->eraseFromParent();
743     MadeChange = true;
744   }
745
746   return MadeChange;
747 }
748
749 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
750 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, i32->i8 on PPC),
751 /// sink it into user blocks to reduce the number of virtual
752 /// registers that must be created and coalesced.
753 ///
754 /// Return true if any changes are made.
755 ///
756 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
757   // If this is a noop copy,
758   EVT SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
759   EVT DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
760
761   // This is an fp<->int conversion?
762   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
763     return false;
764
765   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
766   // isn't a noop.
767   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
768
769   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
770   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
771   // are.
772   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
773       TargetLowering::TypePromoteInteger)
774     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
775   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
776       TargetLowering::TypePromoteInteger)
777     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
778
779   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
780   if (SrcVT != DstVT)
781     return false;
782
783   return SinkCast(CI);
784 }
785
786 /// CombineUAddWithOverflow - try to combine CI into a call to the
787 /// llvm.uadd.with.overflow intrinsic if possible.
788 ///
789 /// Return true if any changes were made.
790 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
791   Value *A, *B;
792   Instruction *AddI;
793   if (!match(CI,
794              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
795     return false;
796
797   Type *Ty = AddI->getType();
798   if (!isa<IntegerType>(Ty))
799     return false;
800
801   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
802   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
803   // block containing the icmp:
804
805   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
806     return false;
807
808 #ifndef NDEBUG
809   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
810   // for now:
811   if (AddI->hasOneUse())
812     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
813 #endif
814
815   Module *M = CI->getParent()->getParent()->getParent();
816   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
817
818   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
819
820   auto *UAddWithOverflow =
821       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
822   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
823   auto *Overflow =
824       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
825
826   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
827   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
828   CI->eraseFromParent();
829   AddI->eraseFromParent();
830   return true;
831 }
832
833 /// SinkCmpExpression - Sink the given CmpInst into user blocks to reduce
834 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
835 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
836 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
837 ///
838 /// Return true if any changes are made.
839 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI) {
840   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
841
842   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
843   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
844
845   bool MadeChange = false;
846   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
847        UI != E; ) {
848     Use &TheUse = UI.getUse();
849     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
850
851     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
852     ++UI;
853
854     // Don't bother for PHI nodes.
855     if (isa<PHINode>(User))
856       continue;
857
858     // Figure out which BB this cmp is used in.
859     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
860
861     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
862     if (UserBB == DefBB) continue;
863
864     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
865     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
866
867     if (!InsertedCmp) {
868       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
869       InsertedCmp =
870         CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
871                         CI->getPredicate(),  CI->getOperand(0),
872                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
873     }
874
875     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
876     TheUse = InsertedCmp;
877     MadeChange = true;
878     ++NumCmpUses;
879   }
880
881   // If we removed all uses, nuke the cmp.
882   if (CI->use_empty()) {
883     CI->eraseFromParent();
884     MadeChange = true;
885   }
886
887   return MadeChange;
888 }
889
890 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
891   if (SinkCmpExpression(CI))
892     return true;
893
894   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
895     return true;
896
897   return false;
898 }
899
900 /// isExtractBitsCandidateUse - Check if the candidates could
901 /// be combined with shift instruction, which includes:
902 /// 1. Truncate instruction
903 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
904 /// imm & (imm+1) == 0
905 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
906   if (!isa<TruncInst>(User)) {
907     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
908         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
909       return false;
910
911     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
912
913     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
914       return false;
915   }
916   return true;
917 }
918
919 /// SinkShiftAndTruncate - sink both shift and truncate instruction
920 /// to the use of truncate's BB.
921 static bool
922 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
923                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
924                      const TargetLowering &TLI) {
925   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
926   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
927   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
928   bool MadeChange = false;
929
930   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
931                             TruncE = TruncI->user_end();
932        TruncUI != TruncE;) {
933
934     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
935     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
936     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
937
938     ++TruncUI;
939
940     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
941     if (!ISDOpcode)
942       continue;
943
944     // If the use is actually a legal node, there will not be an
945     // implicit truncate.
946     // FIXME: always querying the result type is just an
947     // approximation; some nodes' legality is determined by the
948     // operand or other means. There's no good way to find out though.
949     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
950             ISDOpcode, TLI.getValueType(TruncUser->getType(), true)))
951       continue;
952
953     // Don't bother for PHI nodes.
954     if (isa<PHINode>(TruncUser))
955       continue;
956
957     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
958
959     if (UserBB == TruncUserBB)
960       continue;
961
962     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
963     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
964
965     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
966       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
967       // Sink the shift
968       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
969         InsertedShift =
970             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
971       else
972         InsertedShift =
973             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
974
975       // Sink the trunc
976       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
977       TruncInsertPt++;
978
979       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
980                                        TruncI->getType(), "", TruncInsertPt);
981
982       MadeChange = true;
983
984       TruncTheUse = InsertedTrunc;
985     }
986   }
987   return MadeChange;
988 }
989
990 /// OptimizeExtractBits - sink the shift *right* instruction into user blocks if
991 /// the uses could potentially be combined with this shift instruction and
992 /// generate BitExtract instruction. It will only be applied if the architecture
993 /// supports BitExtract instruction. Here is an example:
994 /// BB1:
995 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
996 /// BB2:
997 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
998 /// ==>
999 ///
1000 /// BB2:
1001 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1002 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1003 ///
1004 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
1005 /// instruction.
1006 /// Return true if any changes are made.
1007 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1008                                 const TargetLowering &TLI) {
1009   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1010
1011   /// Only insert instructions in each block once.
1012   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1013
1014   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(ShiftI->getType()));
1015
1016   bool MadeChange = false;
1017   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1018        UI != E;) {
1019     Use &TheUse = UI.getUse();
1020     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1021     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1022     ++UI;
1023
1024     // Don't bother for PHI nodes.
1025     if (isa<PHINode>(User))
1026       continue;
1027
1028     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1029       continue;
1030
1031     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1032
1033     if (UserBB == DefBB) {
1034       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1035       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1036       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1037       // instruction to the BB of TruncUse.
1038       // for example:
1039       // BB1:
1040       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1041       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1042       //
1043       // BB2:
1044       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1045       //   not have i16 compare.
1046       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1047       //
1048       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1049           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
1050           // introduced in other basic blocks.
1051           && (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(User->getType()))))
1052         MadeChange =
1053             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI);
1054
1055       continue;
1056     }
1057     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1058     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1059
1060     if (!InsertedShift) {
1061       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1062
1063       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1064         InsertedShift =
1065             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
1066       else
1067         InsertedShift =
1068             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
1069
1070       MadeChange = true;
1071     }
1072
1073     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1074     TheUse = InsertedShift;
1075   }
1076
1077   // If we removed all uses, nuke the shift.
1078   if (ShiftI->use_empty())
1079     ShiftI->eraseFromParent();
1080
1081   return MadeChange;
1082 }
1083
1084 //  ScalarizeMaskedLoad() translates masked load intrinsic, like 
1085 // <16 x i32 > @llvm.masked.load( <16 x i32>* %addr, i32 align,
1086 //                               <16 x i1> %mask, <16 x i32> %passthru)
1087 // to a chain of basic blocks, whith loading element one-by-one if
1088 // the appropriate mask bit is set
1089 // 
1090 //  %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1091 //  %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1092 //  %3 = icmp eq i1 %2, true
1093 //  br i1 %3, label %cond.load, label %else
1094 //
1095 //cond.load:                                        ; preds = %0
1096 //  %4 = getelementptr i32* %1, i32 0
1097 //  %5 = load i32* %4
1098 //  %6 = insertelement <16 x i32> undef, i32 %5, i32 0
1099 //  br label %else
1100 //
1101 //else:                                             ; preds = %0, %cond.load
1102 //  %res.phi.else = phi <16 x i32> [ %6, %cond.load ], [ undef, %0 ]
1103 //  %7 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1104 //  %8 = icmp eq i1 %7, true
1105 //  br i1 %8, label %cond.load1, label %else2
1106 //
1107 //cond.load1:                                       ; preds = %else
1108 //  %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1109 //  %10 = load i32* %9
1110 //  %11 = insertelement <16 x i32> %res.phi.else, i32 %10, i32 1
1111 //  br label %else2
1112 //
1113 //else2:                                            ; preds = %else, %cond.load1
1114 //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1115 //  %12 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 2
1116 //  %13 = icmp eq i1 %12, true
1117 //  br i1 %13, label %cond.load4, label %else5
1118 //
1119 static void ScalarizeMaskedLoad(CallInst *CI) {
1120   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(0);
1121   Value *Src0 = CI->getArgOperand(3);
1122   Value *Mask = CI->getArgOperand(2);
1123   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(CI->getType());
1124   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1125
1126   assert(VecType && "Unexpected return type of masked load intrinsic");
1127
1128   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1129   Instruction *InsertPt = CI;
1130   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1131   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
1132   BasicBlock *PrevIfBlock = CI->getParent();
1133   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1134
1135   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1136
1137   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1138   Type *NewPtrType =
1139     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1140   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1141   Value *UndefVal = UndefValue::get(VecType);
1142
1143   // The result vector
1144   Value *VResult = UndefVal;
1145
1146   PHINode *Phi = nullptr;
1147   Value *PrevPhi = UndefVal;
1148
1149   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1150   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1151
1152     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1153     //
1154     //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1155     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1156     //  %to_load = icmp eq i1 %mask_1, true
1157     //  br i1 %to_load, label %cond.load, label %else
1158     //
1159     if (Idx > 0) {
1160       Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.else");
1161       Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1162       Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1163       PrevPhi = Phi;
1164       VResult = Phi;
1165     }
1166
1167     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1168     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1169                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1170
1171     // Create "cond" block
1172     //
1173     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1174     //  %Elt = load i32* %EltAddr
1175     //  VResult = insertelement <16 x i32> VResult, i32 %Elt, i32 Idx
1176     //
1177     CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.load");
1178     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1179
1180     Value *Gep =
1181         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1182     LoadInst* Load = Builder.CreateLoad(Gep, false);
1183     VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load, Builder.getInt32(Idx));
1184
1185     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1186     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1187     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1188     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1189     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1190     OldBr->eraseFromParent();
1191     PrevIfBlock = IfBlock;
1192     IfBlock = NewIfBlock;
1193   }
1194
1195   Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.select");
1196   Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1197   Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1198   Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, Phi, Src0);
1199   CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1200   CI->eraseFromParent();
1201 }
1202
1203 //  ScalarizeMaskedStore() translates masked store intrinsic, like
1204 // void @llvm.masked.store(<16 x i32> %src, <16 x i32>* %addr, i32 align,
1205 //                               <16 x i1> %mask)
1206 // to a chain of basic blocks, that stores element one-by-one if
1207 // the appropriate mask bit is set
1208 //
1209 //   %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1210 //   %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1211 //   %3 = icmp eq i1 %2, true
1212 //   br i1 %3, label %cond.store, label %else
1213 //
1214 // cond.store:                                       ; preds = %0
1215 //   %4 = extractelement <16 x i32> %val, i32 0
1216 //   %5 = getelementptr i32* %1, i32 0
1217 //   store i32 %4, i32* %5
1218 //   br label %else
1219 // 
1220 // else:                                             ; preds = %0, %cond.store
1221 //   %6 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1222 //   %7 = icmp eq i1 %6, true
1223 //   br i1 %7, label %cond.store1, label %else2
1224 // 
1225 // cond.store1:                                      ; preds = %else
1226 //   %8 = extractelement <16 x i32> %val, i32 1
1227 //   %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1228 //   store i32 %8, i32* %9
1229 //   br label %else2
1230 //   . . .
1231 static void ScalarizeMaskedStore(CallInst *CI) {
1232   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(1);
1233   Value *Src = CI->getArgOperand(0);
1234   Value *Mask = CI->getArgOperand(3);
1235
1236   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(Src->getType());
1237   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1238
1239   assert(VecType && "Unexpected data type in masked store intrinsic");
1240
1241   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1242   Instruction *InsertPt = CI;
1243   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1244   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1245   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1246
1247   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1248   Type *NewPtrType =
1249     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1250   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1251
1252   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1253   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1254
1255     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1256     //
1257     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1258     //  %to_store = icmp eq i1 %mask_1, true
1259     //  br i1 %to_load, label %cond.store, label %else
1260     //
1261     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1262     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1263                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1264
1265     // Create "cond" block
1266     //
1267     //  %OneElt = extractelement <16 x i32> %Src, i32 Idx
1268     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1269     //  %store i32 %OneElt, i32* %EltAddr
1270     //
1271     BasicBlock *CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
1272     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1273     
1274     Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx));
1275     Value *Gep =
1276         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1277     Builder.CreateStore(OneElt, Gep);
1278
1279     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1280     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1281     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1282     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1283     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1284     OldBr->eraseFromParent();
1285     IfBlock = NewIfBlock;
1286   }
1287   CI->eraseFromParent();
1288 }
1289
1290 bool CodeGenPrepare::OptimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT) {
1291   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1292
1293   // Lower inline assembly if we can.
1294   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1295   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1296   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1297     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1298       // Avoid invalidating the iterator.
1299       CurInstIterator = BB->begin();
1300       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1301       // reuse before a value is defined.
1302       SunkAddrs.clear();
1303       return true;
1304     }
1305     // Sink address computing for memory operands into the block.
1306     if (OptimizeInlineAsmInst(CI))
1307       return true;
1308   }
1309
1310   const DataLayout *TD = TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr;
1311
1312   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1313   // idea
1314   unsigned MinSize, PrefAlign;
1315   if (TLI && TD && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1316     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1317       // We want to align both objects whose address is used directly and
1318       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1319       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1320       // if size - offset meets the size threshold.
1321       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1322         continue;
1323       APInt Offset(TD->getPointerSizeInBits(
1324                      cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()), 0);
1325       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*TD, Offset);
1326       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1327       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1328         continue;
1329       AllocaInst *AI;
1330       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) &&
1331           AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1332           TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1333         AI->setAlignment(PrefAlign);
1334       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1335       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1336       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1337       // forbidden.
1338       GlobalVariable *GV;
1339       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) &&
1340           GV->hasUniqueInitializer() &&
1341           !GV->hasSection() &&
1342           GV->getAlignment() < PrefAlign &&
1343           TD->getTypeAllocSize(
1344             GV->getType()->getElementType()) >= MinSize + Offset2)
1345         GV->setAlignment(PrefAlign);
1346     }
1347     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1348     // alignment
1349     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1350       unsigned Align = getKnownAlignment(MI->getDest(), *TD);
1351       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
1352         Align = std::min(Align, getKnownAlignment(MTI->getSource(), *TD));
1353       if (Align > MI->getAlignment())
1354         MI->setAlignment(ConstantInt::get(MI->getAlignmentType(), Align));
1355     }
1356   }
1357
1358   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1359   if (II) {
1360     switch (II->getIntrinsicID()) {
1361     default: break;
1362     case Intrinsic::objectsize: {
1363       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1364       bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
1365       Type *ReturnTy = CI->getType();
1366       Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
1367
1368       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
1369       // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
1370       // happens.
1371       WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
1372
1373       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
1374                                     TLInfo, nullptr);
1375
1376       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
1377       // start of the block.
1378       if (IterHandle != CurInstIterator) {
1379         CurInstIterator = BB->begin();
1380         SunkAddrs.clear();
1381       }
1382       return true;
1383     }
1384     case Intrinsic::masked_load: {
1385       // Scalarize unsupported vector masked load
1386       if (!TTI->isLegalMaskedLoad(CI->getType(), 1)) {
1387         ScalarizeMaskedLoad(CI);
1388         ModifiedDT = true;
1389         return true;
1390       }
1391       return false;
1392     }
1393     case Intrinsic::masked_store: {
1394       if (!TTI->isLegalMaskedStore(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1)) {
1395         ScalarizeMaskedStore(CI);
1396         ModifiedDT = true;
1397         return true;
1398       }
1399       return false;
1400     }
1401     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
1402     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
1403       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
1404       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
1405           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
1406         return false;
1407       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
1408       ExtVal->moveBefore(CI);
1409       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
1410       // optimizations don't touch it.
1411       InsertedInsts.insert(ExtVal);
1412       return true;
1413     }
1414     }
1415
1416     if (TLI) {
1417       // Unknown address space.
1418       // TODO: Target hook to pick which address space the intrinsic cares
1419       // about?
1420       unsigned AddrSpace = ~0u;
1421       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1422       Type *AccessTy;
1423       if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy, AddrSpace))
1424         while (!PtrOps.empty())
1425           if (OptimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy, AddrSpace))
1426             return true;
1427     }
1428   }
1429
1430   // From here on out we're working with named functions.
1431   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1432
1433   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1434   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1435   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1436   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1437   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1438   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1439     CI->replaceAllUsesWith(V);
1440     CI->eraseFromParent();
1441     return true;
1442   }
1443   return false;
1444 }
1445
1446 /// DupRetToEnableTailCallOpts - Look for opportunities to duplicate return
1447 /// instructions to the predecessor to enable tail call optimizations. The
1448 /// case it is currently looking for is:
1449 /// @code
1450 /// bb0:
1451 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1452 ///   br label %return
1453 /// bb1:
1454 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1455 ///   br label %return
1456 /// bb2:
1457 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1458 ///   br label %return
1459 /// return:
1460 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1461 ///   ret i32 %retval
1462 /// @endcode
1463 ///
1464 /// =>
1465 ///
1466 /// @code
1467 /// bb0:
1468 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1469 ///   ret i32 %tmp0
1470 /// bb1:
1471 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1472 ///   ret i32 %tmp1
1473 /// bb2:
1474 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1475 ///   ret i32 %tmp2
1476 /// @endcode
1477 bool CodeGenPrepare::DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1478   if (!TLI)
1479     return false;
1480
1481   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1482   if (!RI)
1483     return false;
1484
1485   PHINode *PN = nullptr;
1486   BitCastInst *BCI = nullptr;
1487   Value *V = RI->getReturnValue();
1488   if (V) {
1489     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1490     if (BCI)
1491       V = BCI->getOperand(0);
1492
1493     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1494     if (!PN)
1495       return false;
1496   }
1497
1498   if (PN && PN->getParent() != BB)
1499     return false;
1500
1501   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
1502   // See llvm::isInTailCallPosition().
1503   const Function *F = BB->getParent();
1504   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
1505   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
1506       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
1507     return false;
1508
1509   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1510   // return is the first instruction in the block.
1511   if (PN) {
1512     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1513     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1514     if (&*BI == BCI)
1515       // Also skip over the bitcast.
1516       ++BI;
1517     if (&*BI != RI)
1518       return false;
1519   } else {
1520     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1521     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1522     if (&*BI != RI)
1523       return false;
1524   }
1525
1526   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1527   /// call.
1528   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1529   if (PN) {
1530     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1531       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1532       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1533       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1534           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1535         TailCalls.push_back(CI);
1536     }
1537   } else {
1538     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1539     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1540       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1541         continue;
1542
1543       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1544       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1545       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1546       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1547       if (RI == RE)
1548         continue;
1549
1550       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1551       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1552         TailCalls.push_back(CI);
1553     }
1554   }
1555
1556   bool Changed = false;
1557   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1558     CallInst *CI = TailCalls[i];
1559     CallSite CS(CI);
1560
1561     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1562     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1563     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1564     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1565           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1566         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1567           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1568       continue;
1569
1570     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1571     // the return block.
1572     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1573     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1574     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1575       continue;
1576
1577     // Duplicate the return into CallBB.
1578     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1579     ModifiedDT = Changed = true;
1580     ++NumRetsDup;
1581   }
1582
1583   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1584   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1585     BB->eraseFromParent();
1586
1587   return Changed;
1588 }
1589
1590 //===----------------------------------------------------------------------===//
1591 // Memory Optimization
1592 //===----------------------------------------------------------------------===//
1593
1594 namespace {
1595
1596 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1597 /// which holds actual Value*'s for register values.
1598 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1599   Value *BaseReg;
1600   Value *ScaledReg;
1601   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1602   void print(raw_ostream &OS) const;
1603   void dump() const;
1604
1605   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1606     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1607            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1608            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1609   }
1610 };
1611
1612 #ifndef NDEBUG
1613 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1614   AM.print(OS);
1615   return OS;
1616 }
1617 #endif
1618
1619 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1620   bool NeedPlus = false;
1621   OS << "[";
1622   if (BaseGV) {
1623     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1624        << "GV:";
1625     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1626     NeedPlus = true;
1627   }
1628
1629   if (BaseOffs) {
1630     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1631        << BaseOffs;
1632     NeedPlus = true;
1633   }
1634
1635   if (BaseReg) {
1636     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1637        << "Base:";
1638     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1639     NeedPlus = true;
1640   }
1641   if (Scale) {
1642     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1643        << Scale << "*";
1644     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1645   }
1646
1647   OS << ']';
1648 }
1649
1650 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1651 void ExtAddrMode::dump() const {
1652   print(dbgs());
1653   dbgs() << '\n';
1654 }
1655 #endif
1656
1657 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1658 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1659 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1660 class TypePromotionTransaction {
1661
1662   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1663   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1664   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1665   class TypePromotionAction {
1666   protected:
1667     /// The Instruction modified.
1668     Instruction *Inst;
1669
1670   public:
1671     /// \brief Constructor of the action.
1672     /// The constructor performs the related action on the IR.
1673     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1674
1675     virtual ~TypePromotionAction() {}
1676
1677     /// \brief Undo the modification done by this action.
1678     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1679     /// before this action was applied.
1680     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1681     /// state as it was directly after this action was applied.
1682     virtual void undo() = 0;
1683
1684     /// \brief Advocate every change made by this action.
1685     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1686     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1687     virtual void commit() {
1688       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1689     }
1690   };
1691
1692   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1693   class InsertionHandler {
1694     /// Position of an instruction.
1695     /// Either an instruction:
1696     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1697     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1698     union {
1699       Instruction *PrevInst;
1700       BasicBlock *BB;
1701     } Point;
1702     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1703     bool HasPrevInstruction;
1704
1705   public:
1706     /// \brief Record the position of \p Inst.
1707     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1708       BasicBlock::iterator It = Inst;
1709       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1710       if (HasPrevInstruction)
1711         Point.PrevInst = --It;
1712       else
1713         Point.BB = Inst->getParent();
1714     }
1715
1716     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1717     void insert(Instruction *Inst) {
1718       if (HasPrevInstruction) {
1719         if (Inst->getParent())
1720           Inst->removeFromParent();
1721         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1722       } else {
1723         Instruction *Position = Point.BB->getFirstInsertionPt();
1724         if (Inst->getParent())
1725           Inst->moveBefore(Position);
1726         else
1727           Inst->insertBefore(Position);
1728       }
1729     }
1730   };
1731
1732   /// \brief Move an instruction before another.
1733   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1734     /// Original position of the instruction.
1735     InsertionHandler Position;
1736
1737   public:
1738     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1739     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1740         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1741       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1742       Inst->moveBefore(Before);
1743     }
1744
1745     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1746     void undo() override {
1747       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1748       Position.insert(Inst);
1749     }
1750   };
1751
1752   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1753   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1754     /// Original operand of the instruction.
1755     Value *Origin;
1756     /// Index of the modified instruction.
1757     unsigned Idx;
1758
1759   public:
1760     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1761     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1762         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1763       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1764                    << "for:" << *Inst << "\n"
1765                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1766       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1767       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1768     }
1769
1770     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1771     void undo() override {
1772       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1773                    << "for: " << *Inst << "\n"
1774                    << "with: " << *Origin << "\n");
1775       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1776     }
1777   };
1778
1779   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1780   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1781   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1782     /// The list of original operands.
1783     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1784
1785   public:
1786     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1787     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1788       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1789       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1790       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1791       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1792         // Save the current operand.
1793         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1794         OriginalValues.push_back(Val);
1795         // Set a dummy one.
1796         // We could use OperandSetter here, but that would implied an overhead
1797         // that we are not willing to pay.
1798         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1799       }
1800     }
1801
1802     /// \brief Restore the original list of uses.
1803     void undo() override {
1804       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1805       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1806         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1807     }
1808   };
1809
1810   /// \brief Build a truncate instruction.
1811   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1812     Value *Val;
1813   public:
1814     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1815     /// result.
1816     /// trunc Opnd to Ty.
1817     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1818       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1819       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
1820       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1821     }
1822
1823     /// \brief Get the built value.
1824     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1825
1826     /// \brief Remove the built instruction.
1827     void undo() override {
1828       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1829       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1830         IVal->eraseFromParent();
1831     }
1832   };
1833
1834   /// \brief Build a sign extension instruction.
1835   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1836     Value *Val;
1837   public:
1838     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1839     /// result.
1840     /// sext Opnd to Ty.
1841     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1842         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1843       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1844       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
1845       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1846     }
1847
1848     /// \brief Get the built value.
1849     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1850
1851     /// \brief Remove the built instruction.
1852     void undo() override {
1853       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1854       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1855         IVal->eraseFromParent();
1856     }
1857   };
1858
1859   /// \brief Build a zero extension instruction.
1860   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
1861     Value *Val;
1862   public:
1863     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1864     /// result.
1865     /// zext Opnd to Ty.
1866     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1867         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1868       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1869       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
1870       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1871     }
1872
1873     /// \brief Get the built value.
1874     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1875
1876     /// \brief Remove the built instruction.
1877     void undo() override {
1878       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1879       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1880         IVal->eraseFromParent();
1881     }
1882   };
1883
1884   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1885   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1886     /// Record the original type.
1887     Type *OrigTy;
1888
1889   public:
1890     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1891     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1892         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1893       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1894                    << "\n");
1895       Inst->mutateType(NewTy);
1896     }
1897
1898     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1899     void undo() override {
1900       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1901                    << "\n");
1902       Inst->mutateType(OrigTy);
1903     }
1904   };
1905
1906   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1907   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1908     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1909     struct InstructionAndIdx {
1910       /// The instruction using the instruction.
1911       Instruction *Inst;
1912       /// The index where this instruction is used for Inst.
1913       unsigned Idx;
1914       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1915           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1916     };
1917
1918     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1919     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1920     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1921
1922   public:
1923     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1924     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1925       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1926                    << "\n");
1927       // Record the original uses.
1928       for (Use &U : Inst->uses()) {
1929         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1930         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1931       }
1932       // Now, we can replace the uses.
1933       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1934     }
1935
1936     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1937     void undo() override {
1938       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1939       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1940                         EndIt = OriginalUses.end();
1941            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1942         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1943       }
1944     }
1945   };
1946
1947   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1948   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1949     /// Original position of the instruction.
1950     InsertionHandler Inserter;
1951     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1952     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1953     OperandsHider Hider;
1954     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1955     UsesReplacer *Replacer;
1956
1957   public:
1958     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1959     /// uses with New.
1960     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1961     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1962         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1963           Replacer(nullptr) {
1964       if (New)
1965         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1966       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1967       Inst->removeFromParent();
1968     }
1969
1970     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
1971
1972     /// \brief Really remove the instruction.
1973     void commit() override { delete Inst; }
1974
1975     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1976     /// new value was provided when build this action.
1977     void undo() override {
1978       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1979       Inserter.insert(Inst);
1980       if (Replacer)
1981         Replacer->undo();
1982       Hider.undo();
1983     }
1984   };
1985
1986 public:
1987   /// Restoration point.
1988   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1989   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1990   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1991   /// Advocate every changes made in that transaction.
1992   void commit();
1993   /// Undo all the changes made after the given point.
1994   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1995   /// Get the current restoration point.
1996   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
1997
1998   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
1999   /// @{
2000   /// Same as Instruction::setOperand.
2001   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2002   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2003   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2004   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2005   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2006   /// Same as Value::mutateType.
2007   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2008   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2009   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2010   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2011   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2012   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2013   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2014   /// Same as Instruction::moveBefore.
2015   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2016   /// @}
2017
2018 private:
2019   /// The ordered list of actions made so far.
2020   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2021   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
2022 };
2023
2024 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2025                                           Value *NewVal) {
2026   Actions.push_back(
2027       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
2028 }
2029
2030 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2031                                                 Value *NewVal) {
2032   Actions.push_back(
2033       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
2034 }
2035
2036 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2037                                                   Value *New) {
2038   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2039 }
2040
2041 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2042   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2043 }
2044
2045 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2046                                              Type *Ty) {
2047   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2048   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2049   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2050   return Val;
2051 }
2052
2053 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2054                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2055   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2056   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2057   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2058   return Val;
2059 }
2060
2061 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2062                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2063   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2064   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2065   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2066   return Val;
2067 }
2068
2069 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2070                                           Instruction *Before) {
2071   Actions.push_back(
2072       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
2073 }
2074
2075 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2076 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2077   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2078 }
2079
2080 void TypePromotionTransaction::commit() {
2081   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2082        ++It)
2083     (*It)->commit();
2084   Actions.clear();
2085 }
2086
2087 void TypePromotionTransaction::rollback(
2088     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2089   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2090     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2091     Curr->undo();
2092   }
2093 }
2094
2095 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
2096 ///
2097 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2098 class AddressingModeMatcher {
2099   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2100   const TargetMachine &TM;
2101   const TargetLowering &TLI;
2102
2103   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2104   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2105   Type *AccessTy;
2106   unsigned AddrSpace;
2107   Instruction *MemoryInst;
2108
2109   /// AddrMode - This is the addressing mode that we're building up.  This is
2110   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2111   ExtAddrMode &AddrMode;
2112
2113   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2114   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
2115   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2116   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2117   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2118   TypePromotionTransaction &TPT;
2119
2120   /// IgnoreProfitability - This is set to true when we should not do
2121   /// profitability checks.  When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode
2122   /// always returns true.
2123   bool IgnoreProfitability;
2124
2125   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI,
2126                         const TargetMachine &TM, Type *AT, unsigned AS,
2127                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
2128                         const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2129                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2130                         TypePromotionTransaction &TPT)
2131       : AddrModeInsts(AMI), TM(TM),
2132         TLI(*TM.getSubtargetImpl(*MI->getParent()->getParent())
2133                  ->getTargetLowering()),
2134         AccessTy(AT), AddrSpace(AS), MemoryInst(MI), AddrMode(AM),
2135         InsertedInsts(InsertedInsts), PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
2136     IgnoreProfitability = false;
2137   }
2138 public:
2139
2140   /// Match - Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2141   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2142   /// instructions in AddrModeInsts.
2143   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
2144   /// optimizations.
2145   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2146   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2147   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS,
2148                            Instruction *MemoryInst,
2149                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
2150                            const TargetMachine &TM,
2151                            const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2152                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2153                            TypePromotionTransaction &TPT) {
2154     ExtAddrMode Result;
2155
2156     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TM, AccessTy, AS,
2157                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
2158                                          PromotedInsts, TPT).MatchAddr(V, 0);
2159     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2160     return Result;
2161   }
2162 private:
2163   bool MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2164   bool MatchAddr(Value *V, unsigned Depth);
2165   bool MatchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2166                           bool *MovedAway = nullptr);
2167   bool IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2168                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2169                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2170   bool ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2171   bool IsPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2172                              Value *PromotedOperand) const;
2173 };
2174
2175 /// MatchScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
2176 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
2177 /// false if not.
2178 bool AddressingModeMatcher::MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
2179                                              unsigned Depth) {
2180   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
2181   // mode.  Just process that directly.
2182   if (Scale == 1)
2183     return MatchAddr(ScaleReg, Depth);
2184
2185   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
2186   if (Scale == 0)
2187     return true;
2188
2189   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
2190   // need an available scale field.
2191   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
2192     return false;
2193
2194   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
2195
2196   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
2197   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
2198   TestAddrMode.Scale += Scale;
2199   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
2200
2201   // If the new address isn't legal, bail out.
2202   if (!TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2203     return false;
2204
2205   // It was legal, so commit it.
2206   AddrMode = TestAddrMode;
2207
2208   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
2209   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
2210   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
2211   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
2212   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
2213       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
2214     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
2215     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
2216
2217     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
2218     // this instruction.
2219     if (TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
2220       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
2221       AddrMode = TestAddrMode;
2222       return true;
2223     }
2224   }
2225
2226   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
2227   return true;
2228 }
2229
2230 /// MightBeFoldableInst - This is a little filter, which returns true if an
2231 /// addressing computation involving I might be folded into a load/store
2232 /// accessing it.  This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
2233 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
2234 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
2235   switch (I->getOpcode()) {
2236   case Instruction::BitCast:
2237   case Instruction::AddrSpaceCast:
2238     // Don't touch identity bitcasts.
2239     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
2240       return false;
2241     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
2242   case Instruction::PtrToInt:
2243     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2244     return true;
2245   case Instruction::IntToPtr:
2246     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
2247     return true;
2248   case Instruction::Add:
2249     return true;
2250   case Instruction::Mul:
2251   case Instruction::Shl:
2252     // Can only handle X*C and X << C.
2253     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
2254   case Instruction::GetElementPtr:
2255     return true;
2256   default:
2257     return false;
2258   }
2259 }
2260
2261 /// \brief Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
2262 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
2263 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
2264 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
2265 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI, Value *Val) {
2266   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
2267   if (!PromotedInst)
2268     return false;
2269   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
2270   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
2271   if (!ISDOpcode)
2272     return true;
2273   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
2274   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
2275       ISDOpcode, TLI.getValueType(PromotedInst->getType()));
2276 }
2277
2278 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
2279 class TypePromotionHelper {
2280   /// \brief Utility function to check whether or not a sign or zero extension
2281   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
2282   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
2283   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
2284   /// In other words, check if:
2285   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
2286   /// #1 Promotion applies:
2287   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
2288   /// #2 Operand reuses:
2289   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
2290   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2291   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
2292                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
2293
2294   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
2295   /// promoting \p Inst.
2296   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
2297     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
2298       return false;
2299     return true;
2300   }
2301
2302   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2303   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
2304   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2305   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
2306   /// created to promote the operand of Ext.
2307   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2308   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2309   /// Should never be called directly.
2310   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2311   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2312       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2313       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2314       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2315       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
2316
2317   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2318   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
2319   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2320   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
2321   /// created to promote the operand of Ext.
2322   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2323   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2324   /// Should never be called directly.
2325   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2326   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
2327                                        TypePromotionTransaction &TPT,
2328                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2329                                        unsigned &CreatedInstsCost,
2330                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2331                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2332                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
2333
2334   /// \see promoteOperandForOther.
2335   static Value *signExtendOperandForOther(
2336       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2337       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2338       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2339       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2340     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2341                                   Exts, Truncs, TLI, true);
2342   }
2343
2344   /// \see promoteOperandForOther.
2345   static Value *zeroExtendOperandForOther(
2346       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2347       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2348       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2349       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2350     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2351                                   Exts, Truncs, TLI, false);
2352   }
2353
2354 public:
2355   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
2356   typedef Value *(*Action)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2357                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2358                            unsigned &CreatedInstsCost,
2359                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2360                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2361                            const TargetLowering &TLI);
2362   /// \brief Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the approriate
2363   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
2364   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
2365   /// sign extension.
2366   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
2367   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
2368   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
2369   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
2370   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2371   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2372                           const TargetLowering &TLI,
2373                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
2374 };
2375
2376 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
2377                                         Type *ConsideredExtType,
2378                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2379                                         bool IsSExt) {
2380   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
2381   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
2382   // statically extend, e.g., constants and such.
2383   if (Inst->getType()->isVectorTy())
2384     return false;
2385
2386   // We can always get through zext.
2387   if (isa<ZExtInst>(Inst))
2388     return true;
2389
2390   // sext(sext) is ok too.
2391   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
2392     return true;
2393
2394   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
2395   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
2396   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
2397   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
2398       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
2399        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
2400     return true;
2401
2402   // Check if we can do the following simplification.
2403   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
2404   if (!isa<TruncInst>(Inst))
2405     return false;
2406
2407   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
2408   // Check if we can use this operand in the extension.
2409   // If the type is larger than the result type of the extension,
2410   // we cannot.
2411   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
2412       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
2413           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
2414     return false;
2415
2416   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
2417   // any information on the dropped bits.
2418   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
2419   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
2420   if (!Opnd)
2421     return false;
2422
2423   // Check if the source of the type is narrow enough.
2424   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
2425   // the extension.
2426   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
2427   const Type *OpndType;
2428   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
2429   if (It != PromotedInsts.end() && It->second.IsSExt == IsSExt)
2430     OpndType = It->second.Ty;
2431   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
2432     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
2433   else
2434     return false;
2435
2436   // #2 check that the truncate just drop extended bits.
2437   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
2438     return true;
2439
2440   return false;
2441 }
2442
2443 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
2444     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2445     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
2446   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
2447          "Unexpected instruction type");
2448   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2449   Type *ExtTy = Ext->getType();
2450   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
2451   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
2452   // get through.
2453   // If it, check we can get through.
2454   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
2455     return nullptr;
2456
2457   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
2458   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
2459   // redone, thus causing potential infinite loop.
2460   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
2461     return nullptr;
2462
2463   // SExt or Trunc instructions.
2464   // Return the related handler.
2465   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
2466       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
2467     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
2468
2469   // Regular instruction.
2470   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
2471   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
2472     return nullptr;
2473   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
2474 }
2475
2476 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2477     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
2478     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2479     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2480     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2481   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
2482   // get through it and this method should not be called.
2483   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
2484   Value *ExtVal = SExt;
2485   bool HasMergedNonFreeExt = false;
2486   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
2487     // Replace s|zext(zext(opnd))
2488     // => zext(opnd).
2489     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
2490     Value *ZExt =
2491         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
2492     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
2493     TPT.eraseInstruction(SExt);
2494     ExtVal = ZExt;
2495   } else {
2496     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
2497     // => z|sext(opnd).
2498     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
2499   }
2500   CreatedInstsCost = 0;
2501
2502   // Remove dead code.
2503   if (SExtOpnd->use_empty())
2504     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
2505
2506   // Check if the extension is still needed.
2507   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
2508   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
2509     if (ExtInst) {
2510       if (Exts)
2511         Exts->push_back(ExtInst);
2512       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
2513     }
2514     return ExtVal;
2515   }
2516
2517   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
2518   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
2519   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
2520   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
2521   return NextVal;
2522 }
2523
2524 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
2525     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2526     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2527     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2528     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
2529     bool IsSExt) {
2530   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
2531   // get through it and this method should not be called.
2532   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2533   CreatedInstsCost = 0;
2534   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
2535     // ExtOpnd will be promoted.
2536     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
2537     // promoted version.
2538     // Create the truncate now.
2539     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
2540     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
2541       ITrunc->removeFromParent();
2542       // Insert it just after the definition.
2543       ITrunc->insertAfter(ExtOpnd);
2544       if (Truncs)
2545         Truncs->push_back(ITrunc);
2546     }
2547
2548     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
2549     // Restore the operand of Ext (which has been replace by the previous call
2550     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
2551     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
2552   }
2553
2554   // Get through the Instruction:
2555   // 1. Update its type.
2556   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
2557   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
2558
2559   // Remember the original type of the instruction before promotion.
2560   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
2561   PromotedInsts.insert(std::pair<Instruction *, TypeIsSExt>(
2562       ExtOpnd, TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), IsSExt)));
2563   // Step #1.
2564   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
2565   // Step #2.
2566   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
2567   // Step #3.
2568   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
2569
2570   DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
2571   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
2572        ++OpIdx) {
2573     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
2574     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
2575         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
2576       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
2577       continue;
2578     }
2579     // Check if we can statically extend the operand.
2580     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
2581     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
2582       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2583       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
2584       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
2585                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
2586       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
2587       continue;
2588     }
2589     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
2590     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
2591       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2592       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
2593       continue;
2594     }
2595
2596     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
2597     // Check if Ext was reused to extend an operand.
2598     if (!ExtForOpnd) {
2599       // If yes, create a new one.
2600       DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
2601       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
2602         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
2603       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
2604         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
2605         continue;
2606       }
2607       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
2608     }
2609     if (Exts)
2610       Exts->push_back(ExtForOpnd);
2611     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
2612
2613     // Move the sign extension before the insertion point.
2614     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
2615     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
2616     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
2617     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
2618     ExtForOpnd = nullptr;
2619   }
2620   if (ExtForOpnd == Ext) {
2621     DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
2622     TPT.eraseInstruction(Ext);
2623   }
2624   return ExtOpnd;
2625 }
2626
2627 /// IsPromotionProfitable - Check whether or not promoting an instruction
2628 /// to a wider type was profitable.
2629 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
2630 /// promotion.
2631 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
2632 /// plus the number of instructions that have been
2633 /// matched in the addressing mode the promotion.
2634 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
2635 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
2636 bool AddressingModeMatcher::IsPromotionProfitable(
2637     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
2638   DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost << '\n');
2639   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
2640   // old extension plus what we folded.
2641   // This is not profitable.
2642   if (NewCost > OldCost)
2643     return false;
2644   if (NewCost < OldCost)
2645     return true;
2646   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
2647   // loads for instance.
2648   // Check that we did not create an illegal instruction.
2649   return isPromotedInstructionLegal(TLI, PromotedOperand);
2650 }
2651
2652 /// MatchOperationAddr - Given an instruction or constant expr, see if we can
2653 /// fold the operation into the addressing mode.  If so, update the addressing
2654 /// mode and return true, otherwise return false without modifying AddrMode.
2655 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
2656 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
2657 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
2658 /// because it has been moved away.
2659 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
2660 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
2661 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
2662 /// not be referenced anymore.
2663 bool AddressingModeMatcher::MatchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
2664                                                unsigned Depth,
2665                                                bool *MovedAway) {
2666   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
2667   if (Depth >= 5) return false;
2668
2669   // By default, all matched instructions stay in place.
2670   if (MovedAway)
2671     *MovedAway = false;
2672
2673   switch (Opcode) {
2674   case Instruction::PtrToInt:
2675     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2676     return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2677   case Instruction::IntToPtr:
2678     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
2679     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
2680         TLI.getPointerTy(AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace()))
2681       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2682     return false;
2683   case Instruction::BitCast:
2684     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
2685     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
2686     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
2687          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
2688         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2689         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2690         // is doing.
2691         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2692       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2693     return false;
2694   case Instruction::AddrSpaceCast: {
2695     unsigned SrcAS
2696       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
2697     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
2698     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
2699       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2700     return false;
2701   }
2702   case Instruction::Add: {
2703     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2704     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2705     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2706     // Start a transaction at this point.
2707     // The LHS may match but not the RHS.
2708     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2709     // matched operation.
2710     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2711         TPT.getRestorationPoint();
2712
2713     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2714         MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2715       return true;
2716
2717     // Restore the old addr mode info.
2718     AddrMode = BackupAddrMode;
2719     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2720     TPT.rollback(LastKnownGood);
2721
2722     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2723     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2724         MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2725       return true;
2726
2727     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2728     AddrMode = BackupAddrMode;
2729     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2730     TPT.rollback(LastKnownGood);
2731     break;
2732   }
2733   //case Instruction::Or:
2734   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2735   //break;
2736   case Instruction::Mul:
2737   case Instruction::Shl: {
2738     // Can only handle X*C and X << C.
2739     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2740     if (!RHS)
2741       return false;
2742     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2743     if (Opcode == Instruction::Shl)
2744       Scale = 1LL << Scale;
2745
2746     return MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2747   }
2748   case Instruction::GetElementPtr: {
2749     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2750     // one variable offset.
2751     int VariableOperand = -1;
2752     unsigned VariableScale = 0;
2753
2754     int64_t ConstantOffset = 0;
2755     const DataLayout *TD = TLI.getDataLayout();
2756     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2757     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2758       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2759         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
2760         unsigned Idx =
2761           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2762         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2763       } else {
2764         uint64_t TypeSize = TD->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2765         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2766           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2767         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2768           // We only allow one variable index at the moment.
2769           if (VariableOperand != -1)
2770             return false;
2771
2772           // Remember the variable index.
2773           VariableOperand = i;
2774           VariableScale = TypeSize;
2775         }
2776       }
2777     }
2778
2779     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2780     // just add it to the disp field and check validity.
2781     if (VariableOperand == -1) {
2782       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2783       if (ConstantOffset == 0 ||
2784           TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
2785         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2786         if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2787           return true;
2788       }
2789       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2790       return false;
2791     }
2792
2793     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2794     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2795     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2796
2797     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2798     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2799
2800     // Match the base operand of the GEP.
2801     if (!MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2802       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2803       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2804         AddrMode = BackupAddrMode;
2805         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2806         return false;
2807       }
2808       AddrMode.HasBaseReg = true;
2809       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2810     }
2811
2812     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2813     if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2814                           Depth)) {
2815       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2816       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2817       AddrMode = BackupAddrMode;
2818       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2819       if (AddrMode.HasBaseReg)
2820         return false;
2821       AddrMode.HasBaseReg = true;
2822       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2823       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2824       if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2825                             VariableScale, Depth)) {
2826         // If even that didn't work, bail.
2827         AddrMode = BackupAddrMode;
2828         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2829         return false;
2830       }
2831     }
2832
2833     return true;
2834   }
2835   case Instruction::SExt:
2836   case Instruction::ZExt: {
2837     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
2838     if (!Ext)
2839       return false;
2840
2841     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
2842     // Ask for a method for doing so.
2843     TypePromotionHelper::Action TPH =
2844         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
2845     if (!TPH)
2846       return false;
2847
2848     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2849         TPT.getRestorationPoint();
2850     unsigned CreatedInstsCost = 0;
2851     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
2852     Value *PromotedOperand =
2853         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
2854     // SExt has been moved away.
2855     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2856     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2857     // E.g.,
2858     // op = add opnd, 1
2859     // idx = ext op
2860     // addr = gep base, idx
2861     // is now:
2862     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
2863     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2864     // addr = gep base, op                <- match
2865     if (MovedAway)
2866       *MovedAway = true;
2867
2868     assert(PromotedOperand &&
2869            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2870
2871     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2872     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2873
2874     if (!MatchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2875         // The total of the new cost is equals to the cost of the created
2876         // instructions.
2877         // The total of the old cost is equals to the cost of the extension plus
2878         // what we have saved in the addressing mode.
2879         !IsPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
2880                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
2881                                PromotedOperand)) {
2882       AddrMode = BackupAddrMode;
2883       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2884       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2885       TPT.rollback(LastKnownGood);
2886       return false;
2887     }
2888     return true;
2889   }
2890   }
2891   return false;
2892 }
2893
2894 /// MatchAddr - If we can, try to add the value of 'Addr' into the current
2895 /// addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode this returns false and
2896 /// leaves AddrMode unmodified.  This assumes that Addr is either a pointer type
2897 /// or intptr_t for the target.
2898 ///
2899 bool AddressingModeMatcher::MatchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2900   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2901   // fails.
2902   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2903       TPT.getRestorationPoint();
2904   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2905     // Fold in immediates if legal for the target.
2906     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2907     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2908       return true;
2909     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2910   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2911     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2912     if (!AddrMode.BaseGV) {
2913       AddrMode.BaseGV = GV;
2914       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2915         return true;
2916       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2917     }
2918   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2919     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2920     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2921
2922     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2923     bool MovedAway = false;
2924     if (MatchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2925       // This instruction may have been move away. If so, there is nothing
2926       // to check here.
2927       if (MovedAway)
2928         return true;
2929       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2930       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2931       // register pressure too much.
2932       if (I->hasOneUse() ||
2933           IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2934         AddrModeInsts.push_back(I);
2935         return true;
2936       }
2937
2938       // It isn't profitable to do this, roll back.
2939       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2940       AddrMode = BackupAddrMode;
2941       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2942       TPT.rollback(LastKnownGood);
2943     }
2944   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2945     if (MatchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2946       return true;
2947     TPT.rollback(LastKnownGood);
2948   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2949     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2950     return true;
2951   }
2952
2953   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2954   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2955     AddrMode.HasBaseReg = true;
2956     AddrMode.BaseReg = Addr;
2957     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2958     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2959       return true;
2960     AddrMode.HasBaseReg = false;
2961     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2962   }
2963
2964   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2965   if (AddrMode.Scale == 0) {
2966     AddrMode.Scale = 1;
2967     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2968     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2969       return true;
2970     AddrMode.Scale = 0;
2971     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2972   }
2973   // Couldn't match.
2974   TPT.rollback(LastKnownGood);
2975   return false;
2976 }
2977
2978 /// IsOperandAMemoryOperand - Check to see if all uses of OpVal by the specified
2979 /// inline asm call are due to memory operands.  If so, return true, otherwise
2980 /// return false.
2981 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2982                                     const TargetMachine &TM) {
2983   const Function *F = CI->getParent()->getParent();
2984   const TargetLowering *TLI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getTargetLowering();
2985   const TargetRegisterInfo *TRI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getRegisterInfo();
2986   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
2987       TLI->ParseConstraints(TRI, ImmutableCallSite(CI));
2988   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2989     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2990
2991     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2992     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2993
2994     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
2995     // operand, we can't fold it!
2996     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
2997         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
2998          !OpInfo.isIndirect))
2999       return false;
3000   }
3001
3002   return true;
3003 }
3004
3005 /// FindAllMemoryUses - Recursively walk all the uses of I until we find a
3006 /// memory use.  If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
3007 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
3008 static bool FindAllMemoryUses(
3009     Instruction *I,
3010     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
3011     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetMachine &TM) {
3012   // If we already considered this instruction, we're done.
3013   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
3014     return false;
3015
3016   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
3017   if (!MightBeFoldableInst(I))
3018     return true;
3019
3020   // Loop over all the uses, recursively processing them.
3021   for (Use &U : I->uses()) {
3022     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
3023
3024     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
3025       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
3026       continue;
3027     }
3028
3029     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
3030       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3031       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
3032       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
3033       continue;
3034     }
3035
3036     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
3037       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
3038       if (!IA) return true;
3039
3040       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
3041       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TM))
3042         return true;
3043       continue;
3044     }
3045
3046     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3047       return true;
3048   }
3049
3050   return false;
3051 }
3052
3053 /// ValueAlreadyLiveAtInst - Retrn true if Val is already known to be live at
3054 /// the use site that we're folding it into.  If so, there is no cost to
3055 /// include it in the addressing mode.  KnownLive1 and KnownLive2 are two values
3056 /// that we know are live at the instruction already.
3057 bool AddressingModeMatcher::ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
3058                                                    Value *KnownLive2) {
3059   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
3060   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
3061     return true;
3062
3063   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
3064   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
3065
3066   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
3067   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
3068   // live for the whole function.
3069   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
3070     if (AI->isStaticAlloca())
3071       return true;
3072
3073   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
3074   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
3075   // can reasonably fold it.
3076   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
3077 }
3078
3079 /// IsProfitableToFoldIntoAddressingMode - It is possible for the addressing
3080 /// mode of the machine to fold the specified instruction into a load or store
3081 /// that ultimately uses it.  However, the specified instruction has multiple
3082 /// uses.  Given this, it may actually increase register pressure to fold it
3083 /// into the load.  For example, consider this code:
3084 ///
3085 ///     X = ...
3086 ///     Y = X+1
3087 ///     use(Y)   -> nonload/store
3088 ///     Z = Y+1
3089 ///     load Z
3090 ///
3091 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
3092 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
3093 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
3094 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
3095 /// number of computations either.
3096 ///
3097 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
3098 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
3099 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
3100 bool AddressingModeMatcher::
3101 IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
3102                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
3103   if (IgnoreProfitability) return true;
3104
3105   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
3106   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
3107   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
3108   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
3109   // address extends the lifetime of.
3110   //
3111   // Note that there are only two potential values being referenced here,
3112   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
3113   // folded immediates).
3114   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
3115
3116   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
3117   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
3118   if (ValueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3119     BaseReg = nullptr;
3120   if (ValueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3121     ScaledReg = nullptr;
3122
3123   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
3124   // ranges, we're ok with it.
3125   if (!BaseReg && !ScaledReg)
3126     return true;
3127
3128   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
3129   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
3130   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
3131   // uses.
3132   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
3133   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
3134   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3135     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
3136
3137   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
3138   // computation involving only operations that could theoretically be folded
3139   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
3140   // *actually* fold the instruction.
3141   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
3142   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
3143     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
3144     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
3145
3146     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
3147     // know what it accesses.
3148     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
3149     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
3150     if (!AddrTy)
3151       return false;
3152     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
3153     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
3154
3155     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
3156     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
3157     // *actually* cover the shared instruction.
3158     ExtAddrMode Result;
3159     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3160         TPT.getRestorationPoint();
3161     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TM, AddressAccessTy, AS,
3162                                   MemoryInst, Result, InsertedInsts,
3163                                   PromotedInsts, TPT);
3164     Matcher.IgnoreProfitability = true;
3165     bool Success = Matcher.MatchAddr(Address, 0);
3166     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
3167
3168     // The match was to check the profitability, the changes made are not
3169     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
3170     // otherwise the original matcher will not present the right state.
3171     TPT.rollback(LastKnownGood);
3172
3173     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
3174     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
3175                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
3176       return false;
3177
3178     MatchedAddrModeInsts.clear();
3179   }
3180
3181   return true;
3182 }
3183
3184 } // end anonymous namespace
3185
3186 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
3187 /// different basic block than BB.
3188 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
3189   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3190     return I->getParent() != BB;
3191   return false;
3192 }
3193
3194 /// OptimizeMemoryInst - Load and Store Instructions often have
3195 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
3196 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
3197 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
3198 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
3199 /// stuff into the block as possible.
3200 ///
3201 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
3202 /// operands.
3203 bool CodeGenPrepare::OptimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
3204                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
3205   Value *Repl = Addr;
3206
3207   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
3208   // unprofitable PRE transformations.
3209   SmallVector<Value*, 8> worklist;
3210   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
3211   worklist.push_back(Addr);
3212
3213   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
3214   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
3215   // are equivalent.
3216   Value *Consensus = nullptr;
3217   unsigned NumUsesConsensus = 0;
3218   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
3219   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
3220   ExtAddrMode AddrMode;
3221   TypePromotionTransaction TPT;
3222   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3223       TPT.getRestorationPoint();
3224   while (!worklist.empty()) {
3225     Value *V = worklist.back();
3226     worklist.pop_back();
3227
3228     // Break use-def graph loops.
3229     if (!Visited.insert(V).second) {
3230       Consensus = nullptr;
3231       break;
3232     }
3233
3234     // For a PHI node, push all of its incoming values.
3235     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3236       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
3237         worklist.push_back(IncValue);
3238       continue;
3239     }
3240
3241     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
3242     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
3243     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
3244       V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TM,
3245       InsertedInsts, PromotedInsts, TPT);
3246
3247     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
3248     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
3249     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
3250     // regression.
3251     if (!Consensus) {
3252       Consensus = V;
3253       AddrMode = NewAddrMode;
3254       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3255       continue;
3256     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
3257       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
3258         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
3259         IsNumUsesConsensusValid = true;
3260       }
3261
3262       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
3263       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
3264       // such root as representative, select the one with the most uses in order
3265       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
3266       // applicable.
3267       unsigned NumUses = V->getNumUses();
3268       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
3269         Consensus = V;
3270         NumUsesConsensus = NumUses;
3271         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3272       }
3273       continue;
3274     }
3275
3276     Consensus = nullptr;
3277     break;
3278   }
3279
3280   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
3281   // ones were determined, bail out now.
3282   if (!Consensus) {
3283     TPT.rollback(LastKnownGood);
3284     return false;
3285   }
3286   TPT.commit();
3287
3288   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
3289   // non-local to I's BB.
3290   bool AnyNonLocal = false;
3291   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
3292     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
3293       AnyNonLocal = true;
3294       break;
3295     }
3296   }
3297
3298   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
3299   if (!AnyNonLocal) {
3300     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
3301     return false;
3302   }
3303
3304   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
3305   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
3306   // guaranteed to happen later.
3307   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
3308
3309   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
3310   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
3311   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
3312   // computation.
3313   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
3314   if (SunkAddr) {
3315     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3316                  << *MemoryInst << "\n");
3317     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3318       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3319   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
3320              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM &&
3321               TM->getSubtargetImpl(*MemoryInst->getParent()->getParent())
3322                   ->useAA())) {
3323     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
3324     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
3325     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3326                  << *MemoryInst << "\n");
3327     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
3328     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
3329
3330     // First, find the pointer.
3331     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
3332       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
3333       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3334     }
3335
3336     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
3337       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
3338       // pointer (both of which seem meaningless).
3339       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
3340         return false;
3341
3342       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
3343       AddrMode.Scale = 0;
3344     }
3345
3346     if (AddrMode.BaseGV) {
3347       if (ResultPtr)
3348         return false;
3349
3350       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
3351     }
3352
3353     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
3354     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
3355     // use it here.
3356     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
3357       ResultPtr =
3358         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3359       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3360     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
3361       ResultPtr =
3362         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3363       AddrMode.Scale = 0;
3364     }
3365
3366     if (!ResultPtr &&
3367         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
3368       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3369     } else if (!ResultPtr) {
3370       return false;
3371     } else {
3372       Type *I8PtrTy =
3373           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
3374       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
3375
3376       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3377       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3378       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3379       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3380       // we'd end up sinking both muls.
3381       if (AddrMode.BaseReg) {
3382         Value *V = AddrMode.BaseReg;
3383         if (V->getType() != IntPtrTy)
3384           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3385
3386         ResultIndex = V;
3387       }
3388
3389       // Add the scale value.
3390       if (AddrMode.Scale) {
3391         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3392         if (V->getType() == IntPtrTy) {
3393           // done.
3394         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3395                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3396           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3397         } else {
3398           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3399           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3400           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3401           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3402           // do not match instead of extending it.
3403           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
3404           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
3405             I->eraseFromParent();
3406           return false;
3407         }
3408
3409         if (AddrMode.Scale != 1)
3410           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3411                                 "sunkaddr");
3412         if (ResultIndex)
3413           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
3414         else
3415           ResultIndex = V;
3416       }
3417
3418       // Add in the Base Offset if present.
3419       if (AddrMode.BaseOffs) {
3420         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3421         if (ResultIndex) {
3422           // We need to add this separately from the scale above to help with
3423           // SDAG consecutive load/store merging.
3424           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3425             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3426           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3427         }
3428
3429         ResultIndex = V;
3430       }
3431
3432       if (!ResultIndex) {
3433         SunkAddr = ResultPtr;
3434       } else {
3435         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3436           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3437         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3438       }
3439
3440       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3441         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3442     }
3443   } else {
3444     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3445                  << *MemoryInst << "\n");
3446     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
3447     Value *Result = nullptr;
3448
3449     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3450     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3451     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3452     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3453     // we'd end up sinking both muls.
3454     if (AddrMode.BaseReg) {
3455       Value *V = AddrMode.BaseReg;
3456       if (V->getType()->isPointerTy())
3457         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3458       if (V->getType() != IntPtrTy)
3459         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3460       Result = V;
3461     }
3462
3463     // Add the scale value.
3464     if (AddrMode.Scale) {
3465       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3466       if (V->getType() == IntPtrTy) {
3467         // done.
3468       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
3469         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3470       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3471                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3472         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3473       } else {
3474         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3475         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3476         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3477         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3478         // do not match instead of extending it.
3479         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
3480         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
3481           I->eraseFromParent();
3482         return false;
3483       }
3484       if (AddrMode.Scale != 1)
3485         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3486                               "sunkaddr");
3487       if (Result)
3488         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3489       else
3490         Result = V;
3491     }
3492
3493     // Add in the BaseGV if present.
3494     if (AddrMode.BaseGV) {
3495       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
3496       if (Result)
3497         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3498       else
3499         Result = V;
3500     }
3501
3502     // Add in the Base Offset if present.
3503     if (AddrMode.BaseOffs) {
3504       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3505       if (Result)
3506         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3507       else
3508         Result = V;
3509     }
3510
3511     if (!Result)
3512       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3513     else
3514       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
3515   }
3516
3517   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
3518
3519   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
3520   // using it.
3521   if (Repl->use_empty()) {
3522     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
3523     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
3524     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
3525     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
3526
3527     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
3528
3529     if (IterHandle != CurInstIterator) {
3530       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
3531       // start of the block.
3532       CurInstIterator = BB->begin();
3533       SunkAddrs.clear();
3534     }
3535   }
3536   ++NumMemoryInsts;
3537   return true;
3538 }
3539
3540 /// OptimizeInlineAsmInst - If there are any memory operands, use
3541 /// OptimizeMemoryInst to sink their address computing into the block when
3542 /// possible / profitable.
3543 bool CodeGenPrepare::OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
3544   bool MadeChange = false;
3545
3546   const TargetRegisterInfo *TRI =
3547       TM->getSubtargetImpl(*CS->getParent()->getParent())->getRegisterInfo();
3548   TargetLowering::AsmOperandInfoVector
3549     TargetConstraints = TLI->ParseConstraints(TRI, CS);
3550   unsigned ArgNo = 0;
3551   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3552     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3553
3554     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3555     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3556
3557     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
3558         OpInfo.isIndirect) {
3559       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
3560       MadeChange |= OptimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
3561     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
3562       ArgNo++;
3563   }
3564
3565   return MadeChange;
3566 }
3567
3568 /// \brief Check if all the uses of \p Inst are equivalent (or free) zero or
3569 /// sign extensions.
3570 static bool hasSameExtUse(Instruction *Inst, const TargetLowering &TLI) {
3571   assert(!Inst->use_empty() && "Input must have at least one use");
3572   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
3573   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
3574   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
3575   for (const User *U : Inst->users()) {
3576     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3577     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
3578       return false;
3579     Type *CurTy = UI->getType();
3580     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
3581     if (CurTy == ExtTy)
3582       continue;
3583
3584     // If IsSExt is true, we are in this situation:
3585     // a = Inst
3586     // b = sext ty1 a to ty2
3587     // c = sext ty1 a to ty3
3588     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
3589     // a = Inst
3590     // b = sext ty1 a to ty2
3591     // c = sext ty2 b to ty3
3592     // However, the last sext is not free.
3593     if (IsSExt)
3594       return false;
3595
3596     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
3597     // In that case, we would not account for a different use.
3598     Type *NarrowTy;
3599     Type *LargeTy;
3600     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
3601         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
3602       NarrowTy = CurTy;
3603       LargeTy = ExtTy;
3604     } else {
3605       NarrowTy = ExtTy;
3606       LargeTy = CurTy;
3607     }
3608
3609     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
3610       return false;
3611   }
3612   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
3613   return true;
3614 }
3615
3616 /// \brief Try to form ExtLd by promoting \p Exts until they reach a
3617 /// load instruction.
3618 /// If an ext(load) can be formed, it is returned via \p LI for the load
3619 /// and \p Inst for the extension.
3620 /// Otherwise LI == nullptr and Inst == nullptr.
3621 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to
3622 /// revert them.
3623 ///
3624 /// \return true when promoting was necessary to expose the ext(load)
3625 /// opportunity, false otherwise.
3626 ///
3627 /// Example:
3628 /// \code
3629 /// %ld = load i32* %addr
3630 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
3631 /// %zext = zext i32 %add to i64
3632 /// \endcode
3633 /// =>
3634 /// \code
3635 /// %ld = load i32* %addr
3636 /// %zext = zext i32 %ld to i64
3637 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
3638 /// \encode
3639 /// Thanks to the promotion, we can match zext(load i32*) to i64.
3640 bool CodeGenPrepare::ExtLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT,
3641                                     LoadInst *&LI, Instruction *&Inst,
3642                                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
3643                                     unsigned CreatedInstsCost = 0) {
3644   // Iterate over all the extensions to see if one form an ext(load).
3645   for (auto I : Exts) {
3646     // Check if we directly have ext(load).
3647     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0)))) {
3648       Inst = I;
3649       // No promotion happened here.
3650       return false;
3651     }
3652     // Check whether or not we want to do any promotion.
3653     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
3654       continue;
3655     // Get the action to perform the promotion.
3656     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
3657         I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
3658     // Check if we can promote.
3659     if (!TPH)
3660       continue;
3661     // Save the current state.
3662     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3663         TPT.getRestorationPoint();
3664     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
3665     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
3666     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
3667     // Promote.
3668     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
3669                              &NewExts, nullptr, *TLI);
3670     assert(PromotedVal &&
3671            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3672
3673     // We would be able to merge only one extension in a load.
3674     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
3675     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
3676     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
3677     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
3678     // because the new extension may be removed too.
3679     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
3680     TotalCreatedInstsCost -= ExtCost;
3681     if (!StressExtLdPromotion &&
3682         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
3683          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, PromotedVal))) {
3684       // The promotion is not profitable, rollback to the previous state.
3685       TPT.rollback(LastKnownGood);
3686       continue;
3687     }
3688     // The promotion is profitable.
3689     // Check if it exposes an ext(load).
3690     (void)ExtLdPromotion(TPT, LI, Inst, NewExts, TotalCreatedInstsCost);
3691     if (LI && (StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
3692                // If we have created a new extension, i.e., now we have two
3693                // extensions. We must make sure one of them is merged with
3694                // the load, otherwise we may degrade the code quality.
3695                (LI->hasOneUse() || hasSameExtUse(LI, *TLI))))
3696       // Promotion happened.
3697       return true;
3698     // If this does not help to expose an ext(load) then, rollback.
3699     TPT.rollback(LastKnownGood);
3700   }
3701   // None of the extension can form an ext(load).
3702   LI = nullptr;
3703   Inst = nullptr;
3704   return false;
3705 }
3706
3707 /// MoveExtToFormExtLoad - Move a zext or sext fed by a load into the same
3708 /// basic block as the load, unless conditions are unfavorable. This allows
3709 /// SelectionDAG to fold the extend into the load.
3710 /// \p I[in/out] the extension may be modified during the process if some
3711 /// promotions apply.
3712 ///
3713 bool CodeGenPrepare::MoveExtToFormExtLoad(Instruction *&I) {
3714   // Try to promote a chain of computation if it allows to form
3715   // an extended load.
3716   TypePromotionTransaction TPT;
3717   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3718     TPT.getRestorationPoint();
3719   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
3720   Exts.push_back(I);
3721   // Look for a load being extended.
3722   LoadInst *LI = nullptr;
3723   Instruction *OldExt = I;
3724   bool HasPromoted = ExtLdPromotion(TPT, LI, I, Exts);
3725   if (!LI || !I) {
3726     assert(!HasPromoted && !LI && "If we did not match any load instruction "
3727                                   "the code must remain the same");
3728     I = OldExt;
3729     return false;
3730   }
3731
3732   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
3733   // Make the cheap checks first if we did not promote.
3734   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
3735   if (!HasPromoted && LI->getParent() == I->getParent())
3736     return false;
3737
3738   EVT VT = TLI->getValueType(I->getType());
3739   EVT LoadVT = TLI->getValueType(LI->getType());
3740
3741   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
3742   // isn't worthwhile.
3743   if (!LI->hasOneUse() && TLI &&
3744       (TLI->isTypeLegal(LoadVT) || !TLI->isTypeLegal(VT)) &&
3745       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType())) {
3746     I = OldExt;
3747     TPT.rollback(LastKnownGood);
3748     return false;
3749   }
3750
3751   // Check whether the target supports casts folded into loads.
3752   unsigned LType;
3753   if (isa<ZExtInst>(I))
3754     LType = ISD::ZEXTLOAD;
3755   else {
3756     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
3757     LType = ISD::SEXTLOAD;
3758   }
3759   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, VT, LoadVT)) {
3760     I = OldExt;
3761     TPT.rollback(LastKnownGood);
3762     return false;
3763   }
3764
3765   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
3766   // can fold it.
3767   TPT.commit();
3768   I->removeFromParent();
3769   I->insertAfter(LI);
3770   ++NumExtsMoved;
3771   return true;
3772 }
3773
3774 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
3775   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
3776
3777   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
3778   // other uses of the source with result of extension.
3779   Value *Src = I->getOperand(0);
3780   if (Src->hasOneUse())
3781     return false;
3782
3783   // Only do this xform if truncating is free.
3784   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
3785     return false;
3786
3787   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
3788   // this block.
3789   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
3790     return false;
3791
3792   bool DefIsLiveOut = false;
3793   for (User *U : I->users()) {
3794     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3795
3796     // Figure out which BB this ext is used in.
3797     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3798     if (UserBB == DefBB) continue;
3799     DefIsLiveOut = true;
3800     break;
3801   }
3802   if (!DefIsLiveOut)
3803     return false;
3804
3805   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
3806   for (User *U : Src->users()) {
3807     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3808     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3809     if (UserBB == DefBB) continue;
3810     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
3811     // reloads just before load / store instructions.
3812     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
3813       return false;
3814   }
3815
3816   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
3817   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
3818
3819   bool MadeChange = false;
3820   for (Use &U : Src->uses()) {
3821     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
3822
3823     // Figure out which BB this ext is used in.
3824     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
3825     if (UserBB == DefBB) continue;
3826
3827     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
3828     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
3829
3830     if (!InsertedTrunc) {
3831       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3832       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
3833       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
3834     }
3835
3836     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
3837     U = InsertedTrunc;
3838     ++NumExtUses;
3839     MadeChange = true;
3840   }
3841
3842   return MadeChange;
3843 }
3844
3845 /// isFormingBranchFromSelectProfitable - Returns true if a SelectInst should be
3846 /// turned into an explicit branch.
3847 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
3848   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
3849   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
3850   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
3851   // case currently.
3852
3853   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
3854
3855   // If the branch is predicted right, an out of order CPU can avoid blocking on
3856   // the compare.  Emit cmovs on compares with a memory operand as branches to
3857   // avoid stalls on the load from memory.  If the compare has more than one use
3858   // there's probably another cmov or setcc around so it's not worth emitting a
3859   // branch.
3860   if (!Cmp)
3861     return false;
3862
3863   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
3864   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
3865
3866   // We check that the memory operand has one use to avoid uses of the loaded
3867   // value directly after the compare, making branches unprofitable.
3868   return Cmp->hasOneUse() &&
3869          ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
3870           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
3871 }
3872
3873
3874 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
3875 /// turn it into a branch.
3876 bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
3877   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
3878
3879   // Can we convert the 'select' to CF ?
3880   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
3881     return false;
3882
3883   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3884   if (VectorCond)
3885     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3886   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3887     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3888   else
3889     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3890
3891   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3892   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3893     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3894     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3895     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3896         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3897       return false;
3898   }
3899
3900   ModifiedDT = true;
3901
3902   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3903   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3904   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3905   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3906
3907   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3908   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3909                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3910
3911   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3912   // landing pad block.
3913   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3914   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3915
3916   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3917   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3918
3919   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3920   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", NextBlock->begin());
3921   PN->takeName(SI);
3922   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3923   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3924   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3925   SI->eraseFromParent();
3926
3927   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3928   CurInstIterator = StartBlock->end();
3929   ++NumSelectsExpanded;
3930   return true;
3931 }
3932
3933 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3934   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3935   int SplatElem = -1;
3936   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3937     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3938       return false;
3939     SplatElem = Mask[i];
3940   }
3941
3942   return true;
3943 }
3944
3945 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3946 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3947 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3948 /// codegen can spot all lanes are identical.
3949 bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3950   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3951
3952   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3953   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3954     return false;
3955
3956   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3957   // constant splat.
3958   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3959     return false;
3960
3961   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3962   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3963
3964   bool MadeChange = false;
3965   for (User *U : SVI->users()) {
3966     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3967
3968     // Figure out which BB this ext is used in.
3969     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3970     if (UserBB == DefBB) continue;
3971
3972     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3973     if (!UI->isShift()) continue;
3974
3975     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3976     // already have a copy.
3977     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3978
3979     if (!InsertedShuffle) {
3980       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3981       InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
3982                                               SVI->getOperand(1),
3983                                               SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
3984     }
3985
3986     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3987     MadeChange = true;
3988   }
3989
3990   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3991   if (SVI->use_empty()) {
3992     SVI->eraseFromParent();
3993     MadeChange = true;
3994   }
3995
3996   return MadeChange;
3997 }
3998
3999 namespace {
4000 /// \brief Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
4001 /// This class is used to move downward extractelement transition.
4002 /// E.g.,
4003 /// a = vector_op <2 x i32>
4004 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
4005 /// c = scalar_op b
4006 /// store c
4007 ///
4008 /// =>
4009 /// a = vector_op <2 x i32>
4010 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
4011 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
4012 /// * store d
4013 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
4014 /// transition.
4015 class VectorPromoteHelper {
4016   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
4017   const TargetLowering &TLI;
4018
4019   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
4020   const TargetTransformInfo &TTI;
4021
4022   /// The transition being moved downwards.
4023   Instruction *Transition;
4024   /// The sequence of instructions to be promoted.
4025   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
4026   /// Cost of combining a store and an extract.
4027   unsigned StoreExtractCombineCost;
4028   /// Instruction that will be combined with the transition.
4029   Instruction *CombineInst;
4030
4031   /// \brief The instruction that represents the current end of the transition.
4032   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
4033   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
4034   Instruction *getEndOfTransition() const {
4035     if (InstsToBePromoted.empty())
4036       return Transition;
4037     return InstsToBePromoted.back();
4038   }
4039
4040   /// \brief Return the index of the original value in the transition.
4041   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
4042   /// c, is at index 0.
4043   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
4044     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4045            "Other kind of transitions are not supported yet");
4046     return 0;
4047   }
4048
4049   /// \brief Return the index of the index in the transition.
4050   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
4051   /// is at index 1.
4052   unsigned getTransitionIdx() const {
4053     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4054            "Other kind of transitions are not supported yet");
4055     return 1;
4056   }
4057
4058   /// \brief Get the type of the transition.
4059   /// This is the type of the original value.
4060   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
4061   /// transition is <2 x i32>.
4062   Type *getTransitionType() const {
4063     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
4064   }
4065
4066   /// \brief Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
4067   /// I.e., we have the following sequence:
4068   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
4069   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
4070   /// =>
4071   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
4072   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
4073   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
4074
4075   /// \brief Check whether or not it is profitable to promote all the
4076   /// instructions enqueued to be promoted.
4077   bool isProfitableToPromote() {
4078     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4079     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
4080                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
4081                          : -1;
4082     Type *PromotedType = getTransitionType();
4083
4084     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
4085     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
4086     unsigned Align = ST->getAlignment();
4087     // Check if this store is supported.
4088     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
4089             TLI.getValueType(ST->getValueOperand()->getType()), AS, Align)) {
4090       // If this is not supported, there is no way we can combine
4091       // the extract with the store.
4092       return false;
4093     }
4094
4095     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
4096     // scalar to vector.
4097     // The vector chain has to account for the combining cost.
4098     uint64_t ScalarCost =
4099         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
4100     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
4101     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
4102       // Compute the cost.
4103       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
4104       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
4105       // constant.
4106       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
4107       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
4108                             isa<ConstantFP>(Arg0);
4109       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
4110           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4111                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4112       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
4113           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4114                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4115       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
4116           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
4117       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
4118                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
4119     }
4120     DEBUG(dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
4121                  << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
4122     return ScalarCost > VectorCost;
4123   }
4124
4125   /// \brief Generate a constant vector with \p Val with the same
4126   /// number of elements as the transition.
4127   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
4128   /// accross the whole vector.
4129   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
4130   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
4131   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
4132   /// used at the index of the extract.
4133   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
4134     unsigned ExtractIdx = UINT_MAX;
4135     if (!UseSplat) {
4136       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
4137       // use a splat constant.
4138       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
4139       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
4140         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
4141       else
4142         UseSplat = true;
4143     }
4144
4145     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
4146     if (UseSplat)
4147       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
4148
4149     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
4150     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
4151     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
4152       if (Idx == ExtractIdx)
4153         ConstVec.push_back(Val);
4154       else
4155         ConstVec.push_back(UndefVal);
4156     }
4157     return ConstantVector::get(ConstVec);
4158   }
4159
4160   /// \brief Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
4161   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
4162   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
4163                                         unsigned OperandIdx) {
4164     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
4165     // the right hand side of a division-like instruction.
4166     if (OperandIdx != 1)
4167       return false;
4168     switch (Use->getOpcode()) {
4169     default:
4170       return false;
4171     case Instruction::SDiv:
4172     case Instruction::UDiv:
4173     case Instruction::SRem:
4174     case Instruction::URem:
4175       return true;
4176     case Instruction::FDiv:
4177     case Instruction::FRem:
4178       return !Use->hasNoNaNs();
4179     }
4180     llvm_unreachable(nullptr);
4181   }
4182
4183 public:
4184   VectorPromoteHelper(const TargetLowering &TLI, const TargetTransformInfo &TTI,
4185                       Instruction *Transition, unsigned CombineCost)
4186       : TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
4187         StoreExtractCombineCost(CombineCost), CombineInst(nullptr) {
4188     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
4189   }
4190
4191   /// \brief Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
4192   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4193     // We could support CastInst too.
4194     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
4195   }
4196
4197   /// \brief Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
4198   /// by moving downward the transition through.
4199   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4200     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
4201     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
4202     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4203       const Value *Val = U.get();
4204       if (Val == getEndOfTransition()) {
4205         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
4206         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
4207         // division by zero.
4208         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
4209           return false;
4210         continue;
4211       }
4212       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
4213           !isa<ConstantFP>(Val))
4214         return false;
4215     }
4216     // Check that the resulting operation is legal.
4217     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
4218     if (!ISDOpcode)
4219       return false;
4220     return StressStoreExtract ||
4221            TLI.isOperationLegalOrCustom(
4222                ISDOpcode, TLI.getValueType(getTransitionType(), true));
4223   }
4224
4225   /// \brief Check whether or not \p Use can be combined
4226   /// with the transition.
4227   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
4228   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
4229
4230   /// \brief Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
4231   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
4232     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
4233   }
4234
4235   /// \brief Set the instruction that will be combined with the transition.
4236   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
4237     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
4238     CombineInst = ToBeCombined;
4239   }
4240
4241   /// \brief Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
4242   /// is profitable.
4243   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
4244   bool promote() {
4245     // Check if there is something to promote.
4246     // Right now, if we do not have anything to combine with,
4247     // we assume the promotion is not profitable.
4248     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
4249       return false;
4250
4251     // Check cost.
4252     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
4253       return false;
4254
4255     // Promote.
4256     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
4257       promoteImpl(ToBePromoted);
4258     InstsToBePromoted.clear();
4259     return true;
4260   }
4261 };
4262 } // End of anonymous namespace.
4263
4264 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
4265   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
4266   // can be statically promoted.
4267   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
4268   // b = ToBePromoted ty1 a
4269   // Def = Transition ty1 b to ty2
4270   // Move the transition down.
4271   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
4272   // = ... b => = ... Def.
4273   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
4274          "The type of the result of the transition does not match "
4275          "the final type");
4276   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
4277   // 2. Update the type of the uses.
4278   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
4279   Type *TransitionTy = getTransitionType();
4280   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
4281   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
4282   // operands.
4283   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
4284   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4285     Value *Val = U.get();
4286     Value *NewVal = nullptr;
4287     if (Val == Transition)
4288       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4289     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
4290              isa<ConstantFP>(Val)) {
4291       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
4292       NewVal = getConstantVector(
4293           cast<Constant>(Val),
4294           isa<UndefValue>(Val) ||
4295               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
4296     } else
4297       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
4298                        "this?");
4299     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
4300   }
4301   Transition->removeFromParent();
4302   Transition->insertAfter(ToBePromoted);
4303   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
4304 }
4305
4306 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
4307 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
4308 /// has this feature and this is profitable.
4309 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
4310   unsigned CombineCost = UINT_MAX;
4311   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
4312       (!StressStoreExtract &&
4313        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
4314                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
4315     return false;
4316
4317   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
4318   // Try to move it down the def-use chain, until:
4319   // - We can combine the transition with its single use
4320   //   => we got rid of the transition.
4321   // - We escape the current basic block
4322   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
4323   //      we do not do that for now.
4324   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
4325   DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
4326   VectorPromoteHelper VPH(*TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
4327   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
4328   // beneficial.
4329   while (Inst->hasOneUse()) {
4330     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
4331     DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
4332
4333     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
4334       DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
4335                    << ToBePromoted->getParent()->getName()
4336                    << ") than the transition (" << Parent->getName() << ").\n");
4337       return false;
4338     }
4339
4340     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
4341       DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
4342                    << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
4343       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
4344       bool Changed = VPH.promote();
4345       NumStoreExtractExposed += Changed;
4346       return Changed;
4347     }
4348
4349     DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
4350     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
4351       return false;
4352
4353     DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
4354
4355     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
4356     Inst = ToBePromoted;
4357   }
4358   return false;
4359 }
4360
4361 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT) {
4362   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
4363   // stepping on each other's toes.
4364   if (InsertedInsts.count(I))
4365     return false;
4366
4367   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4368     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
4369     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
4370     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
4371     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
4372     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, DL, TLInfo, nullptr)) {
4373       P->replaceAllUsesWith(V);
4374       P->eraseFromParent();
4375       ++NumPHIsElim;
4376       return true;
4377     }
4378     return false;
4379   }
4380
4381   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4382     // If the source of the cast is a constant, then this should have
4383     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
4384     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
4385     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
4386     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
4387     // want to forward-subst the cast.
4388     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
4389       return false;
4390
4391     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI))
4392       return true;
4393
4394     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
4395       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
4396       /// fit in one register
4397       if (TLI && TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
4398                                     TLI->getValueType(CI->getType())) ==
4399                      TargetLowering::TypeExpandInteger) {
4400         return SinkCast(CI);
4401       } else {
4402         bool MadeChange = MoveExtToFormExtLoad(I);
4403         return MadeChange | OptimizeExtUses(I);
4404       }
4405     }
4406     return false;
4407   }
4408
4409   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4410     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
4411       return OptimizeCmpExpression(CI);
4412
4413   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4414     if (TLI) {
4415       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
4416       return OptimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
4417     }
4418     return false;
4419   }
4420
4421   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4422     if (TLI) {
4423       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
4424       return OptimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
4425                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
4426     }
4427     return false;
4428   }
4429
4430   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
4431
4432   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
4433                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
4434     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
4435     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
4436       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI);
4437
4438     return false;
4439   }
4440
4441   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
4442     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
4443       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
4444       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
4445                                         GEPI->getName(), GEPI);
4446       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
4447       GEPI->eraseFromParent();
4448       ++NumGEPsElim;
4449       OptimizeInst(NC, ModifiedDT);
4450       return true;
4451     }
4452     return false;
4453   }
4454
4455   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4456     return OptimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
4457
4458   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
4459     return OptimizeSelectInst(SI);
4460
4461   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
4462     return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
4463
4464   if (isa<ExtractElementInst>(I))
4465     return OptimizeExtractElementInst(I);
4466
4467   return false;
4468 }
4469
4470 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
4471 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
4472 // selection.
4473 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT) {
4474   SunkAddrs.clear();
4475   bool MadeChange = false;
4476
4477   CurInstIterator = BB.begin();
4478   while (CurInstIterator != BB.end()) {
4479     MadeChange |= OptimizeInst(CurInstIterator++, ModifiedDT);
4480     if (ModifiedDT)
4481       return true;
4482   }
4483   MadeChange |= DupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
4484
4485   return MadeChange;
4486 }
4487
4488 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
4489 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
4490 // find a node corresponding to the value.
4491 bool CodeGenPrepare::PlaceDbgValues(Function &F) {
4492   bool MadeChange = false;
4493   for (BasicBlock &BB : F) {
4494     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
4495     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
4496       Instruction *Insn = BI++;
4497       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
4498       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
4499       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
4500       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
4501       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
4502       // where said address is used.
4503       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
4504         PrevNonDbgInst = Insn;
4505         continue;
4506       }
4507
4508       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
4509       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
4510         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
4511         DVI->removeFromParent();
4512         if (isa<PHINode>(VI))
4513           DVI->insertBefore(VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
4514         else
4515           DVI->insertAfter(VI);
4516         MadeChange = true;
4517         ++NumDbgValueMoved;
4518       }
4519     }
4520   }
4521   return MadeChange;
4522 }
4523
4524 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
4525 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
4526 // target supports folding these into a single instruction, sink the
4527 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
4528 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
4529 // searched for.
4530 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
4531   if (!EnableAndCmpSinking)
4532     return false;
4533   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
4534     return false;
4535   bool MadeChange = false;
4536   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
4537     BasicBlock *BB = I++;
4538
4539     // Does this BB end with the following?
4540     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
4541     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
4542     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
4543     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
4544     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
4545       continue;
4546     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
4547     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
4548       continue;
4549     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
4550     if (!Zero || !Zero->isZero())
4551       continue;
4552     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
4553     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
4554       continue;
4555     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
4556     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
4557       continue;
4558     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
4559
4560     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
4561     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
4562     // track of which BBs we insert into.
4563     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
4564          UI != E; ) {
4565       Use &TheUse = *UI;
4566       // Find brcc use.
4567       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
4568       ++UI;
4569       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
4570         continue;
4571       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
4572       if (UserBB == BB) continue;
4573       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
4574
4575       // Sink the "and; icmp" to use.
4576       MadeChange = true;
4577       BinaryOperator *NewAnd =
4578         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
4579                                   BrccUser);
4580       CmpInst *NewCmp =
4581         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
4582                         "", BrccUser);
4583       TheUse = NewCmp;
4584       ++NumAndCmpsMoved;
4585       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
4586     }
4587   }
4588   return MadeChange;
4589 }
4590
4591 /// \brief Retrieve the probabilities of a conditional branch. Returns true on
4592 /// success, or returns false if no or invalid metadata was found.
4593 static bool extractBranchMetadata(BranchInst *BI,
4594                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
4595   assert(BI->isConditional() &&
4596          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
4597   auto *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
4598   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3)
4599     return false;
4600
4601   const auto *CITrue =
4602       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
4603   const auto *CIFalse =
4604       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
4605   if (!CITrue || !CIFalse)
4606     return false;
4607
4608   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
4609   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
4610
4611   return true;
4612 }
4613
4614 /// \brief Scale down both weights to fit into uint32_t.
4615 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
4616   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
4617   uint32_t Scale = (NewMax / UINT32_MAX) + 1;
4618   NewTrue = NewTrue / Scale;
4619   NewFalse = NewFalse / Scale;
4620 }
4621
4622 /// \brief Some targets prefer to split a conditional branch like:
4623 /// \code
4624 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
4625 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
4626 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
4627 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
4628 /// \endcode
4629 /// into multiple branch instructions like:
4630 /// \code
4631 ///   bb1:
4632 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
4633 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
4634 ///   bb2:
4635 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
4636 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
4637 /// \endcode
4638 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
4639 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
4640 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
4641 ///
4642 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
4643 ///
4644 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
4645   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
4646     return false;
4647
4648   bool MadeChange = false;
4649   for (auto &BB : F) {
4650     // Does this BB end with the following?
4651     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4652     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4653     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
4654     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
4655     BinaryOperator *LogicOp;
4656     BasicBlock *TBB, *FBB;
4657     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
4658       continue;
4659
4660     unsigned Opc;
4661     Value *Cond1, *Cond2;
4662     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4663                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4664       Opc = Instruction::And;
4665     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4666                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4667       Opc = Instruction::Or;
4668     else
4669       continue;
4670
4671     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
4672         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
4673       continue;
4674
4675     DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
4676
4677     // Create a new BB.
4678     auto *InsertBefore = std::next(Function::iterator(BB))
4679         .getNodePtrUnchecked();
4680     auto TmpBB = BasicBlock::Create(BB.getContext(),
4681                                     BB.getName() + ".cond.split",
4682                                     BB.getParent(), InsertBefore);
4683
4684     // Update original basic block by using the first condition directly by the
4685     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
4686     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
4687     Br1->setCondition(Cond1);
4688     LogicOp->eraseFromParent();
4689
4690     // Depending on the conditon we have to either replace the true or the false
4691     // successor of the original branch instruction.
4692     if (Opc == Instruction::And)
4693       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
4694     else
4695       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
4696
4697     // Fill in the new basic block.
4698     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
4699     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
4700       I->removeFromParent();
4701       I->insertBefore(Br2);
4702     }
4703
4704     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
4705     // replaced in one succesor's PHI nodes, because the branch comes now from
4706     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
4707     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
4708     // now the same successor. Depending on the original branch condition
4709     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
4710     // we perfrom the correct update for the PHI nodes.
4711     // This doesn't change the successor order of the just created branch
4712     // instruction (or any other instruction).
4713     if (Opc == Instruction::Or)
4714       std::swap(TBB, FBB);
4715
4716     // Replace the old BB with the new BB.
4717     for (auto &I : *TBB) {
4718       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4719       if (!PN)
4720         break;
4721       int i;
4722       while ((i = PN->getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
4723         PN->setIncomingBlock(i, TmpBB);
4724     }
4725
4726     // Add another incoming edge form the new BB.
4727     for (auto &I : *FBB) {
4728       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4729       if (!PN)
4730         break;
4731       auto *Val = PN->getIncomingValueForBlock(&BB);
4732       PN->addIncoming(Val, TmpBB);
4733     }
4734
4735     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
4736     // FindMergedConditions).
4737     if (Opc == Instruction::Or) {
4738       // Codegen X | Y as:
4739       // BB1:
4740       //   jmp_if_X TBB
4741       //   jmp TmpBB
4742       // TmpBB:
4743       //   jmp_if_Y TBB
4744       //   jmp FBB
4745       //
4746
4747       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
4748       // The requirement is that
4749       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
4750       //     = TrueProb for orignal BB.
4751       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4752       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
4753       // assumes that
4754       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
4755       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
4756       // TmpBB, but the math is more complicated.
4757       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4758       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4759         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
4760         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
4761         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4762         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4763                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4764
4765         NewTrueWeight = TrueWeight;
4766         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
4767         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4768         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4769                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4770       }
4771     } else {
4772       // Codegen X & Y as:
4773       // BB1:
4774       //   jmp_if_X TmpBB
4775       //   jmp FBB
4776       // TmpBB:
4777       //   jmp_if_Y TBB
4778       //   jmp FBB
4779       //
4780       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
4781
4782       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
4783       // The requirement is that
4784       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
4785       //     = FalseProb for orignal BB.
4786       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4787       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
4788       // assumes that
4789       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
4790       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4791       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4792         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
4793         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
4794         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4795         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4796                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4797
4798         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
4799         NewFalseWeight = FalseWeight;
4800         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4801         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4802                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4803       }
4804     }
4805
4806     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
4807     // available to CodeGenPrepare.
4808     ModifiedDT = true;
4809
4810     MadeChange = true;
4811
4812     DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
4813           TmpBB->dump());
4814   }
4815   return MadeChange;
4816 }