948fddc6ed8d766bd7eeb473d399a22144cd5f9b
[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/IR/CallSite.h"
22 #include "llvm/IR/Constants.h"
23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
24 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
33 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
35 #include "llvm/Pass.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
41 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 using namespace llvm;
47 using namespace llvm::PatternMatch;
48
49 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
50
51 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
52 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
53 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
54 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
55                       "sunken Cmps");
56 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
57                        "of sunken Casts");
58 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
59                           "computations were sunk");
60 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
61 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
62 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
63 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
64 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
65 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
66
67 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
68   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
69   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
70
71 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
72   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
73   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
74
75 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
76   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
77   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
78
79 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
80    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
81    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
82
83 namespace {
84 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
85 typedef DenseMap<Instruction *, Type *> InstrToOrigTy;
86
87   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
88     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
89     /// transformation profitability.
90     const TargetMachine *TM;
91     const TargetLowering *TLI;
92     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
93     DominatorTree *DT;
94
95     /// CurInstIterator - As we scan instructions optimizing them, this is the
96     /// next instruction to optimize.  Xforms that can invalidate this should
97     /// update it.
98     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
99
100     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
101     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
102     /// multiple load/stores of the same address.
103     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
104
105     /// Keeps track of all truncates inserted for the current function.
106     SetOfInstrs InsertedTruncsSet;
107     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
108     /// promotion for the current function.
109     InstrToOrigTy PromotedInsts;
110
111     /// ModifiedDT - If CFG is modified in anyway, dominator tree may need to
112     /// be updated.
113     bool ModifiedDT;
114
115     /// OptSize - True if optimizing for size.
116     bool OptSize;
117
118   public:
119     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
120     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
121       : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr) {
122         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
123       }
124     bool runOnFunction(Function &F) override;
125
126     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
127
128     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
129       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
130       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
131     }
132
133   private:
134     bool EliminateFallThrough(Function &F);
135     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
136     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
137     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
138     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB);
139     bool OptimizeInst(Instruction *I);
140     bool OptimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr, Type *AccessTy);
141     bool OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
142     bool OptimizeCallInst(CallInst *CI);
143     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I);
144     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
145     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
146     bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
147     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
148     bool PlaceDbgValues(Function &F);
149     bool sinkAndCmp(Function &F);
150   };
151 }
152
153 char CodeGenPrepare::ID = 0;
154 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
155                    "Optimize for code generation", false, false)
156
157 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
158   return new CodeGenPrepare(TM);
159 }
160
161 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
162   if (skipOptnoneFunction(F))
163     return false;
164
165   bool EverMadeChange = false;
166   // Clear per function information.
167   InsertedTruncsSet.clear();
168   PromotedInsts.clear();
169
170   ModifiedDT = false;
171   if (TM)
172     TLI = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
173   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
174   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
175       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
176   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
177   OptSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
178                                            Attribute::OptimizeForSize);
179
180   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
181   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
182   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
183     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
184        TLI->getBypassSlowDivWidths();
185     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
186       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
187   }
188
189   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
190   // unconditional branch.
191   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
192
193   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
194   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
195   // find a node corresponding to the value.
196   EverMadeChange |= PlaceDbgValues(F);
197
198   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
199   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
200   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
201   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
202   if (!DisableBranchOpts)
203     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
204
205   bool MadeChange = true;
206   while (MadeChange) {
207     MadeChange = false;
208     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
209       BasicBlock *BB = I++;
210       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB);
211     }
212     EverMadeChange |= MadeChange;
213   }
214
215   SunkAddrs.clear();
216
217   if (!DisableBranchOpts) {
218     MadeChange = false;
219     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
220     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
221       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
222       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
223       if (!MadeChange) continue;
224
225       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
226              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
227         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
228           WorkList.insert(*II);
229     }
230
231     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
232     MadeChange |= !WorkList.empty();
233     while (!WorkList.empty()) {
234       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
235       WorkList.erase(BB);
236       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
237
238       DeleteDeadBlock(BB);
239
240       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
241              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
242         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
243           WorkList.insert(*II);
244     }
245
246     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
247     // a single edge.
248     if (EverMadeChange || MadeChange)
249       MadeChange |= EliminateFallThrough(F);
250
251     if (MadeChange)
252       ModifiedDT = true;
253     EverMadeChange |= MadeChange;
254   }
255
256   if (ModifiedDT && DT)
257     DT->recalculate(F);
258
259   return EverMadeChange;
260 }
261
262 /// EliminateFallThrough - Merge basic blocks which are connected
263 /// by a single edge, where one of the basic blocks has a single successor
264 /// pointing to the other basic block, which has a single predecessor.
265 bool CodeGenPrepare::EliminateFallThrough(Function &F) {
266   bool Changed = false;
267   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
268   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
269     BasicBlock *BB = I++;
270     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
271     // edge, just collapse it.
272     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
273
274     // Don't merge if BB's address is taken.
275     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
276
277     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
278     if (Term && !Term->isConditional()) {
279       Changed = true;
280       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
281       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
282       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
283       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
284       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, this);
285
286       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
287         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
288
289       // We have erased a block. Update the iterator.
290       I = BB;
291     }
292   }
293   return Changed;
294 }
295
296 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes,
297 /// debug info directives, and an unconditional branch.  Passes before isel
298 /// (e.g. LSR/loopsimplify) often split edges in ways that are non-optimal for
299 /// isel.  Start by eliminating these blocks so we can split them the way we
300 /// want them.
301 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
302   bool MadeChange = false;
303   // Note that this intentionally skips the entry block.
304   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
305     BasicBlock *BB = I++;
306
307     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
308     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
309     if (!BI || !BI->isUnconditional())
310       continue;
311
312     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
313     // node, then other stuff is happening here.
314     BasicBlock::iterator BBI = BI;
315     if (BBI != BB->begin()) {
316       --BBI;
317       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
318         if (BBI == BB->begin())
319           break;
320         --BBI;
321       }
322       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
323         continue;
324     }
325
326     // Do not break infinite loops.
327     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
328     if (DestBB == BB)
329       continue;
330
331     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
332       continue;
333
334     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
335     MadeChange = true;
336   }
337   return MadeChange;
338 }
339
340 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
341 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
342 /// instructions.
343 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
344                                     const BasicBlock *DestBB) const {
345   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
346   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
347   // don't mess around with them.
348   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
349   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
350     for (const User *U : PN->users()) {
351       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
352       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
353         return false;
354       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
355       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
356       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
357       if (UI->getParent() == DestBB) {
358         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
359           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
360             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
361             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
362                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
363               return false;
364           }
365       }
366     }
367   }
368
369   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
370   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
371   // can't merge the block.
372   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
373   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
374
375   // Collect the preds of BB.
376   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
377   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
378     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
379     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
380       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
381   } else {
382     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
383   }
384
385   // Walk the preds of DestBB.
386   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
387     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
388     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
389       BBI = DestBB->begin();
390       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
391         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
392         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
393
394         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
395         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
396           if (V2PN->getParent() == BB)
397             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
398
399         // If there is a conflict, bail out.
400         if (V1 != V2) return false;
401       }
402     }
403   }
404
405   return true;
406 }
407
408
409 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
410 /// an unconditional branch in it.
411 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
412   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
413   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
414
415   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
416
417   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
418   // just collapse it.
419   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
420     if (SinglePred != DestBB) {
421       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
422       // will need to move BB back to the entry position.
423       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
424       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, this);
425
426       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
427         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
428
429       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
430       return;
431     }
432   }
433
434   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
435   // to handle the new incoming edges it is about to have.
436   PHINode *PN;
437   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
438        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
439     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
440     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
441
442     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
443     // value that dominates BB.
444     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
445     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
446       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
447       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
448         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
449                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
450     } else {
451       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
452       // we will be adding.
453       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
454         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
455           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
456       } else {
457         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
458           PN->addIncoming(InVal, *PI);
459       }
460     }
461   }
462
463   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
464   // DestBB and remove BB.
465   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
466   if (DT && !ModifiedDT) {
467     BasicBlock *BBIDom  = DT->getNode(BB)->getIDom()->getBlock();
468     BasicBlock *DestBBIDom = DT->getNode(DestBB)->getIDom()->getBlock();
469     BasicBlock *NewIDom = DT->findNearestCommonDominator(BBIDom, DestBBIDom);
470     DT->changeImmediateDominator(DestBB, NewIDom);
471     DT->eraseNode(BB);
472   }
473   BB->eraseFromParent();
474   ++NumBlocksElim;
475
476   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
477 }
478
479 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
480 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
481   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
482
483   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
484   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
485
486   bool MadeChange = false;
487   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
488        UI != E; ) {
489     Use &TheUse = UI.getUse();
490     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
491
492     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
493     // appropriate predecessor block.
494     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
495     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
496       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
497     }
498
499     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
500     ++UI;
501
502     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
503     if (UserBB == DefBB) continue;
504
505     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
506     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
507
508     if (!InsertedCast) {
509       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
510       InsertedCast =
511         CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
512                          InsertPt);
513       MadeChange = true;
514     }
515
516     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
517     TheUse = InsertedCast;
518     ++NumCastUses;
519   }
520
521   // If we removed all uses, nuke the cast.
522   if (CI->use_empty()) {
523     CI->eraseFromParent();
524     MadeChange = true;
525   }
526
527   return MadeChange;
528 }
529
530 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
531 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, i32->i8 on PPC),
532 /// sink it into user blocks to reduce the number of virtual
533 /// registers that must be created and coalesced.
534 ///
535 /// Return true if any changes are made.
536 ///
537 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
538   // If this is a noop copy,
539   EVT SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
540   EVT DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
541
542   // This is an fp<->int conversion?
543   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
544     return false;
545
546   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
547   // isn't a noop.
548   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
549
550   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
551   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
552   // are.
553   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
554       TargetLowering::TypePromoteInteger)
555     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
556   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
557       TargetLowering::TypePromoteInteger)
558     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
559
560   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
561   if (SrcVT != DstVT)
562     return false;
563
564   return SinkCast(CI);
565 }
566
567 /// OptimizeCmpExpression - sink the given CmpInst into user blocks to reduce
568 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
569 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
570 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
571 ///
572 /// Return true if any changes are made.
573 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
574   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
575
576   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
577   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
578
579   bool MadeChange = false;
580   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
581        UI != E; ) {
582     Use &TheUse = UI.getUse();
583     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
584
585     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
586     ++UI;
587
588     // Don't bother for PHI nodes.
589     if (isa<PHINode>(User))
590       continue;
591
592     // Figure out which BB this cmp is used in.
593     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
594
595     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
596     if (UserBB == DefBB) continue;
597
598     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
599     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
600
601     if (!InsertedCmp) {
602       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
603       InsertedCmp =
604         CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
605                         CI->getPredicate(),  CI->getOperand(0),
606                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
607       MadeChange = true;
608     }
609
610     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
611     TheUse = InsertedCmp;
612     ++NumCmpUses;
613   }
614
615   // If we removed all uses, nuke the cmp.
616   if (CI->use_empty())
617     CI->eraseFromParent();
618
619   return MadeChange;
620 }
621
622 /// isExtractBitsCandidateUse - Check if the candidates could
623 /// be combined with shift instruction, which includes:
624 /// 1. Truncate instruction
625 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
626 /// imm & (imm+1) == 0
627 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
628   if (!isa<TruncInst>(User)) {
629     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
630         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
631       return false;
632
633     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
634
635     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
636       return false;
637   }
638   return true;
639 }
640
641 /// SinkShiftAndTruncate - sink both shift and truncate instruction
642 /// to the use of truncate's BB.
643 static bool
644 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
645                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
646                      const TargetLowering &TLI) {
647   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
648   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
649   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
650   bool MadeChange = false;
651
652   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
653                             TruncE = TruncI->user_end();
654        TruncUI != TruncE;) {
655
656     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
657     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
658     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
659
660     ++TruncUI;
661
662     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
663     if (!ISDOpcode)
664       continue;
665
666     // If the use is actually a legal node, there will not be an
667     // implicit truncate.
668     // FIXME: always querying the result type is just an
669     // approximation; some nodes' legality is determined by the
670     // operand or other means. There's no good way to find out though.
671     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
672                                      EVT::getEVT(TruncUser->getType(), true)))
673       continue;
674
675     // Don't bother for PHI nodes.
676     if (isa<PHINode>(TruncUser))
677       continue;
678
679     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
680
681     if (UserBB == TruncUserBB)
682       continue;
683
684     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
685     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
686
687     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
688       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
689       // Sink the shift
690       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
691         InsertedShift =
692             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
693       else
694         InsertedShift =
695             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
696
697       // Sink the trunc
698       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
699       TruncInsertPt++;
700
701       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
702                                        TruncI->getType(), "", TruncInsertPt);
703
704       MadeChange = true;
705
706       TruncTheUse = InsertedTrunc;
707     }
708   }
709   return MadeChange;
710 }
711
712 /// OptimizeExtractBits - sink the shift *right* instruction into user blocks if
713 /// the uses could potentially be combined with this shift instruction and
714 /// generate BitExtract instruction. It will only be applied if the architecture
715 /// supports BitExtract instruction. Here is an example:
716 /// BB1:
717 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
718 /// BB2:
719 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
720 /// ==>
721 ///
722 /// BB2:
723 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
724 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
725 ///
726 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
727 /// instruction.
728 /// Return true if any changes are made.
729 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
730                                 const TargetLowering &TLI) {
731   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
732
733   /// Only insert instructions in each block once.
734   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
735
736   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(ShiftI->getType()));
737
738   bool MadeChange = false;
739   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
740        UI != E;) {
741     Use &TheUse = UI.getUse();
742     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
743     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
744     ++UI;
745
746     // Don't bother for PHI nodes.
747     if (isa<PHINode>(User))
748       continue;
749
750     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
751       continue;
752
753     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
754
755     if (UserBB == DefBB) {
756       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
757       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
758       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
759       // instruction to the BB of TruncUse.
760       // for example:
761       // BB1:
762       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
763       // trunc.result = trunc shift.result to i16
764       //
765       // BB2:
766       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
767       //   not have i16 compare.
768       // cmp i16 trunc.result, opnd2
769       //
770       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
771           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
772           // introduced in other basic blocks.
773           && (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(User->getType()))))
774         MadeChange =
775             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI);
776
777       continue;
778     }
779     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
780     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
781
782     if (!InsertedShift) {
783       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
784
785       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
786         InsertedShift =
787             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
788       else
789         InsertedShift =
790             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
791
792       MadeChange = true;
793     }
794
795     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
796     TheUse = InsertedShift;
797   }
798
799   // If we removed all uses, nuke the shift.
800   if (ShiftI->use_empty())
801     ShiftI->eraseFromParent();
802
803   return MadeChange;
804 }
805
806 namespace {
807 class CodeGenPrepareFortifiedLibCalls : public SimplifyFortifiedLibCalls {
808 protected:
809   void replaceCall(Value *With) override {
810     CI->replaceAllUsesWith(With);
811     CI->eraseFromParent();
812   }
813   bool isFoldable(unsigned SizeCIOp, unsigned, bool) const override {
814       if (ConstantInt *SizeCI =
815                              dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(SizeCIOp)))
816         return SizeCI->isAllOnesValue();
817     return false;
818   }
819 };
820 } // end anonymous namespace
821
822 bool CodeGenPrepare::OptimizeCallInst(CallInst *CI) {
823   BasicBlock *BB = CI->getParent();
824
825   // Lower inline assembly if we can.
826   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
827   // lower it to normal LLVM code, do so now.
828   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
829     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
830       // Avoid invalidating the iterator.
831       CurInstIterator = BB->begin();
832       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
833       // reuse before a value is defined.
834       SunkAddrs.clear();
835       return true;
836     }
837     // Sink address computing for memory operands into the block.
838     if (OptimizeInlineAsmInst(CI))
839       return true;
840   }
841
842   // Lower all uses of llvm.objectsize.*
843   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
844   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
845     bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
846     Type *ReturnTy = CI->getType();
847     Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
848
849     // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
850     // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
851     // happens.
852     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
853
854     replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
855                                   TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
856                                   TLInfo, ModifiedDT ? nullptr : DT);
857
858     // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
859     // start of the block.
860     if (IterHandle != CurInstIterator) {
861       CurInstIterator = BB->begin();
862       SunkAddrs.clear();
863     }
864     return true;
865   }
866
867   if (II && TLI) {
868     SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
869     Type *AccessTy;
870     if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
871       while (!PtrOps.empty())
872         if (OptimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy))
873           return true;
874   }
875
876   // From here on out we're working with named functions.
877   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
878
879   // We'll need DataLayout from here on out.
880   const DataLayout *TD = TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr;
881   if (!TD) return false;
882
883   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
884   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
885   // that have the default "don't know" as the objectsize.  Anything else
886   // should be left alone.
887   CodeGenPrepareFortifiedLibCalls Simplifier;
888   return Simplifier.fold(CI, TD, TLInfo);
889 }
890
891 /// DupRetToEnableTailCallOpts - Look for opportunities to duplicate return
892 /// instructions to the predecessor to enable tail call optimizations. The
893 /// case it is currently looking for is:
894 /// @code
895 /// bb0:
896 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
897 ///   br label %return
898 /// bb1:
899 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
900 ///   br label %return
901 /// bb2:
902 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
903 ///   br label %return
904 /// return:
905 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
906 ///   ret i32 %retval
907 /// @endcode
908 ///
909 /// =>
910 ///
911 /// @code
912 /// bb0:
913 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
914 ///   ret i32 %tmp0
915 /// bb1:
916 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
917 ///   ret i32 %tmp1
918 /// bb2:
919 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
920 ///   ret i32 %tmp2
921 /// @endcode
922 bool CodeGenPrepare::DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
923   if (!TLI)
924     return false;
925
926   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
927   if (!RI)
928     return false;
929
930   PHINode *PN = nullptr;
931   BitCastInst *BCI = nullptr;
932   Value *V = RI->getReturnValue();
933   if (V) {
934     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
935     if (BCI)
936       V = BCI->getOperand(0);
937
938     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
939     if (!PN)
940       return false;
941   }
942
943   if (PN && PN->getParent() != BB)
944     return false;
945
946   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
947   // See llvm::isInTailCallPosition().
948   const Function *F = BB->getParent();
949   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
950   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
951       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
952     return false;
953
954   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
955   // return is the first instruction in the block.
956   if (PN) {
957     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
958     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
959     if (&*BI == BCI)
960       // Also skip over the bitcast.
961       ++BI;
962     if (&*BI != RI)
963       return false;
964   } else {
965     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
966     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
967     if (&*BI != RI)
968       return false;
969   }
970
971   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
972   /// call.
973   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
974   if (PN) {
975     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
976       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
977       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
978       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
979           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
980         TailCalls.push_back(CI);
981     }
982   } else {
983     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
984     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
985       if (!VisitedBBs.insert(*PI))
986         continue;
987
988       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
989       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
990       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
991       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
992       if (RI == RE)
993         continue;
994
995       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
996       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
997         TailCalls.push_back(CI);
998     }
999   }
1000
1001   bool Changed = false;
1002   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1003     CallInst *CI = TailCalls[i];
1004     CallSite CS(CI);
1005
1006     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1007     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1008     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1009     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1010           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1011         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1012           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1013       continue;
1014
1015     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1016     // the return block.
1017     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1018     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1019     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1020       continue;
1021
1022     // Duplicate the return into CallBB.
1023     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1024     ModifiedDT = Changed = true;
1025     ++NumRetsDup;
1026   }
1027
1028   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1029   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1030     BB->eraseFromParent();
1031
1032   return Changed;
1033 }
1034
1035 //===----------------------------------------------------------------------===//
1036 // Memory Optimization
1037 //===----------------------------------------------------------------------===//
1038
1039 namespace {
1040
1041 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1042 /// which holds actual Value*'s for register values.
1043 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1044   Value *BaseReg;
1045   Value *ScaledReg;
1046   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1047   void print(raw_ostream &OS) const;
1048   void dump() const;
1049
1050   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1051     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1052            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1053            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1054   }
1055 };
1056
1057 #ifndef NDEBUG
1058 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1059   AM.print(OS);
1060   return OS;
1061 }
1062 #endif
1063
1064 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1065   bool NeedPlus = false;
1066   OS << "[";
1067   if (BaseGV) {
1068     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1069        << "GV:";
1070     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1071     NeedPlus = true;
1072   }
1073
1074   if (BaseOffs) {
1075     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1076        << BaseOffs;
1077     NeedPlus = true;
1078   }
1079
1080   if (BaseReg) {
1081     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1082        << "Base:";
1083     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1084     NeedPlus = true;
1085   }
1086   if (Scale) {
1087     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1088        << Scale << "*";
1089     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1090   }
1091
1092   OS << ']';
1093 }
1094
1095 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1096 void ExtAddrMode::dump() const {
1097   print(dbgs());
1098   dbgs() << '\n';
1099 }
1100 #endif
1101
1102 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1103 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1104 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1105 class TypePromotionTransaction {
1106
1107   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1108   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1109   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1110   class TypePromotionAction {
1111   protected:
1112     /// The Instruction modified.
1113     Instruction *Inst;
1114
1115   public:
1116     /// \brief Constructor of the action.
1117     /// The constructor performs the related action on the IR.
1118     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1119
1120     virtual ~TypePromotionAction() {}
1121
1122     /// \brief Undo the modification done by this action.
1123     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1124     /// before this action was applied.
1125     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1126     /// state as it was directly after this action was applied.
1127     virtual void undo() = 0;
1128
1129     /// \brief Advocate every change made by this action.
1130     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1131     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1132     virtual void commit() {
1133       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1134     }
1135   };
1136
1137   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1138   class InsertionHandler {
1139     /// Position of an instruction.
1140     /// Either an instruction:
1141     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1142     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1143     union {
1144       Instruction *PrevInst;
1145       BasicBlock *BB;
1146     } Point;
1147     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1148     bool HasPrevInstruction;
1149
1150   public:
1151     /// \brief Record the position of \p Inst.
1152     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1153       BasicBlock::iterator It = Inst;
1154       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1155       if (HasPrevInstruction)
1156         Point.PrevInst = --It;
1157       else
1158         Point.BB = Inst->getParent();
1159     }
1160
1161     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1162     void insert(Instruction *Inst) {
1163       if (HasPrevInstruction) {
1164         if (Inst->getParent())
1165           Inst->removeFromParent();
1166         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1167       } else {
1168         Instruction *Position = Point.BB->getFirstInsertionPt();
1169         if (Inst->getParent())
1170           Inst->moveBefore(Position);
1171         else
1172           Inst->insertBefore(Position);
1173       }
1174     }
1175   };
1176
1177   /// \brief Move an instruction before another.
1178   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1179     /// Original position of the instruction.
1180     InsertionHandler Position;
1181
1182   public:
1183     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1184     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1185         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1186       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1187       Inst->moveBefore(Before);
1188     }
1189
1190     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1191     void undo() override {
1192       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1193       Position.insert(Inst);
1194     }
1195   };
1196
1197   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1198   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1199     /// Original operand of the instruction.
1200     Value *Origin;
1201     /// Index of the modified instruction.
1202     unsigned Idx;
1203
1204   public:
1205     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1206     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1207         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1208       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1209                    << "for:" << *Inst << "\n"
1210                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1211       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1212       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1213     }
1214
1215     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1216     void undo() override {
1217       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1218                    << "for: " << *Inst << "\n"
1219                    << "with: " << *Origin << "\n");
1220       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1221     }
1222   };
1223
1224   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1225   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1226   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1227     /// The list of original operands.
1228     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1229
1230   public:
1231     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1232     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1233       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1234       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1235       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1236       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1237         // Save the current operand.
1238         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1239         OriginalValues.push_back(Val);
1240         // Set a dummy one.
1241         // We could use OperandSetter here, but that would implied an overhead
1242         // that we are not willing to pay.
1243         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1244       }
1245     }
1246
1247     /// \brief Restore the original list of uses.
1248     void undo() override {
1249       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1250       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1251         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1252     }
1253   };
1254
1255   /// \brief Build a truncate instruction.
1256   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1257   public:
1258     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1259     /// result.
1260     /// trunc Opnd to Ty.
1261     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1262       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1263       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted"));
1264       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1265     }
1266
1267     /// \brief Get the built instruction.
1268     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1269
1270     /// \brief Remove the built instruction.
1271     void undo() override {
1272       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Inst << "\n");
1273       Inst->eraseFromParent();
1274     }
1275   };
1276
1277   /// \brief Build a sign extension instruction.
1278   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1279   public:
1280     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1281     /// result.
1282     /// sext Opnd to Ty.
1283     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1284         : TypePromotionAction(Inst) {
1285       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1286       Inst = cast<Instruction>(Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted"));
1287       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1288     }
1289
1290     /// \brief Get the built instruction.
1291     Instruction *getBuiltInstruction() { return Inst; }
1292
1293     /// \brief Remove the built instruction.
1294     void undo() override {
1295       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Inst << "\n");
1296       Inst->eraseFromParent();
1297     }
1298   };
1299
1300   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1301   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1302     /// Record the original type.
1303     Type *OrigTy;
1304
1305   public:
1306     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1307     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1308         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1309       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1310                    << "\n");
1311       Inst->mutateType(NewTy);
1312     }
1313
1314     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1315     void undo() override {
1316       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1317                    << "\n");
1318       Inst->mutateType(OrigTy);
1319     }
1320   };
1321
1322   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1323   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1324     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1325     struct InstructionAndIdx {
1326       /// The instruction using the instruction.
1327       Instruction *Inst;
1328       /// The index where this instruction is used for Inst.
1329       unsigned Idx;
1330       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1331           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1332     };
1333
1334     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1335     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1336     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1337
1338   public:
1339     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1340     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1341       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1342                    << "\n");
1343       // Record the original uses.
1344       for (Use &U : Inst->uses()) {
1345         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1346         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1347       }
1348       // Now, we can replace the uses.
1349       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1350     }
1351
1352     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1353     void undo() override {
1354       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1355       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1356                         EndIt = OriginalUses.end();
1357            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1358         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1359       }
1360     }
1361   };
1362
1363   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1364   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1365     /// Original position of the instruction.
1366     InsertionHandler Inserter;
1367     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1368     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1369     OperandsHider Hider;
1370     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1371     UsesReplacer *Replacer;
1372
1373   public:
1374     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1375     /// uses with New.
1376     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1377     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1378         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1379           Replacer(nullptr) {
1380       if (New)
1381         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1382       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1383       Inst->removeFromParent();
1384     }
1385
1386     ~InstructionRemover() { delete Replacer; }
1387
1388     /// \brief Really remove the instruction.
1389     void commit() override { delete Inst; }
1390
1391     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1392     /// new value was provided when build this action.
1393     void undo() override {
1394       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1395       Inserter.insert(Inst);
1396       if (Replacer)
1397         Replacer->undo();
1398       Hider.undo();
1399     }
1400   };
1401
1402 public:
1403   /// Restoration point.
1404   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1405   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1406   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1407   /// Advocate every changes made in that transaction.
1408   void commit();
1409   /// Undo all the changes made after the given point.
1410   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1411   /// Get the current restoration point.
1412   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
1413
1414   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
1415   /// @{
1416   /// Same as Instruction::setOperand.
1417   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
1418   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
1419   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
1420   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
1421   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
1422   /// Same as Value::mutateType.
1423   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
1424   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
1425   Instruction *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
1426   /// Same as IRBuilder::createSExt.
1427   Instruction *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1428   /// Same as Instruction::moveBefore.
1429   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
1430   /// @}
1431
1432 private:
1433   /// The ordered list of actions made so far.
1434   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
1435   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
1436 };
1437
1438 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
1439                                           Value *NewVal) {
1440   Actions.push_back(
1441       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
1442 }
1443
1444 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
1445                                                 Value *NewVal) {
1446   Actions.push_back(
1447       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
1448 }
1449
1450 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
1451                                                   Value *New) {
1452   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
1453 }
1454
1455 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
1456   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
1457 }
1458
1459 Instruction *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
1460                                                    Type *Ty) {
1461   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
1462   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1463   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1464   return I;
1465 }
1466
1467 Instruction *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
1468                                                   Value *Opnd, Type *Ty) {
1469   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
1470   Instruction *I = Ptr->getBuiltInstruction();
1471   Actions.push_back(std::move(Ptr));
1472   return I;
1473 }
1474
1475 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
1476                                           Instruction *Before) {
1477   Actions.push_back(
1478       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
1479 }
1480
1481 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
1482 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
1483   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
1484 }
1485
1486 void TypePromotionTransaction::commit() {
1487   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
1488        ++It)
1489     (*It)->commit();
1490   Actions.clear();
1491 }
1492
1493 void TypePromotionTransaction::rollback(
1494     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
1495   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
1496     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
1497     Curr->undo();
1498   }
1499 }
1500
1501 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
1502 ///
1503 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
1504 class AddressingModeMatcher {
1505   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
1506   const TargetLowering &TLI;
1507
1508   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
1509   /// the memory instruction that we're computing this address for.
1510   Type *AccessTy;
1511   Instruction *MemoryInst;
1512
1513   /// AddrMode - This is the addressing mode that we're building up.  This is
1514   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
1515   ExtAddrMode &AddrMode;
1516
1517   /// The truncate instruction inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
1518   const SetOfInstrs &InsertedTruncs;
1519   /// A map from the instructions to their type before promotion.
1520   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
1521   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
1522   TypePromotionTransaction &TPT;
1523
1524   /// IgnoreProfitability - This is set to true when we should not do
1525   /// profitability checks.  When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode
1526   /// always returns true.
1527   bool IgnoreProfitability;
1528
1529   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction*> &AMI,
1530                         const TargetLowering &T, Type *AT,
1531                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
1532                         const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1533                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1534                         TypePromotionTransaction &TPT)
1535       : AddrModeInsts(AMI), TLI(T), AccessTy(AT), MemoryInst(MI), AddrMode(AM),
1536         InsertedTruncs(InsertedTruncs), PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
1537     IgnoreProfitability = false;
1538   }
1539 public:
1540
1541   /// Match - Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
1542   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
1543   /// instructions in AddrModeInsts.
1544   /// \p InsertedTruncs The truncate instruction inserted by other
1545   /// CodeGenPrepare
1546   /// optimizations.
1547   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1548   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
1549   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy,
1550                            Instruction *MemoryInst,
1551                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
1552                            const TargetLowering &TLI,
1553                            const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1554                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1555                            TypePromotionTransaction &TPT) {
1556     ExtAddrMode Result;
1557
1558     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TLI, AccessTy,
1559                                          MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
1560                                          PromotedInsts, TPT).MatchAddr(V, 0);
1561     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
1562     return Result;
1563   }
1564 private:
1565   bool MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
1566   bool MatchAddr(Value *V, unsigned Depth);
1567   bool MatchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
1568                           bool *MovedAway = nullptr);
1569   bool IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
1570                                             ExtAddrMode &AMBefore,
1571                                             ExtAddrMode &AMAfter);
1572   bool ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
1573   bool IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize, unsigned SizeWithPromotion,
1574                              Value *PromotedOperand) const;
1575 };
1576
1577 /// MatchScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
1578 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
1579 /// false if not.
1580 bool AddressingModeMatcher::MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
1581                                              unsigned Depth) {
1582   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
1583   // mode.  Just process that directly.
1584   if (Scale == 1)
1585     return MatchAddr(ScaleReg, Depth);
1586
1587   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
1588   if (Scale == 0)
1589     return true;
1590
1591   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
1592   // need an available scale field.
1593   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
1594     return false;
1595
1596   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
1597
1598   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
1599   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
1600   TestAddrMode.Scale += Scale;
1601   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
1602
1603   // If the new address isn't legal, bail out.
1604   if (!TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy))
1605     return false;
1606
1607   // It was legal, so commit it.
1608   AddrMode = TestAddrMode;
1609
1610   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
1611   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
1612   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
1613   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
1614   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
1615       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
1616     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
1617     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
1618
1619     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
1620     // this instruction.
1621     if (TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy)) {
1622       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
1623       AddrMode = TestAddrMode;
1624       return true;
1625     }
1626   }
1627
1628   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
1629   return true;
1630 }
1631
1632 /// MightBeFoldableInst - This is a little filter, which returns true if an
1633 /// addressing computation involving I might be folded into a load/store
1634 /// accessing it.  This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
1635 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
1636 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
1637   switch (I->getOpcode()) {
1638   case Instruction::BitCast:
1639   case Instruction::AddrSpaceCast:
1640     // Don't touch identity bitcasts.
1641     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
1642       return false;
1643     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
1644   case Instruction::PtrToInt:
1645     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
1646     return true;
1647   case Instruction::IntToPtr:
1648     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
1649     return true;
1650   case Instruction::Add:
1651     return true;
1652   case Instruction::Mul:
1653   case Instruction::Shl:
1654     // Can only handle X*C and X << C.
1655     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1656   case Instruction::GetElementPtr:
1657     return true;
1658   default:
1659     return false;
1660   }
1661 }
1662
1663 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
1664 class TypePromotionHelper {
1665   /// \brief Utility function to check whether or not a sign extension of
1666   /// \p Inst with \p ConsideredSExtType can be moved through \p Inst by either
1667   /// using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
1668   /// In other words, check if:
1669   /// sext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredSExtType.
1670   /// #1 Promotion applies:
1671   /// ConsideredSExtType Inst (sext opnd1 to ConsideredSExtType, ...).
1672   /// #2 Operand reuses:
1673   /// sext opnd1 to ConsideredSExtType.
1674   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1675   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredSExtType,
1676                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1677
1678   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
1679   /// promoting \p Inst.
1680   static bool shouldSExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
1681     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
1682       return false;
1683     return true;
1684   }
1685
1686   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1687   /// operand is a promotable trunc or sext.
1688   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1689   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1690   /// created to promote the operand of SExt.
1691   /// Should never be called directly.
1692   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1693   static Value *promoteOperandForTruncAndSExt(Instruction *SExt,
1694                                               TypePromotionTransaction &TPT,
1695                                               InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1696                                               unsigned &CreatedInsts);
1697
1698   /// \brief Utility function to promote the operand of \p SExt when this
1699   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
1700   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1701   /// \p CreatedInsts[out] contains how many non-free instructions have been
1702   /// created to promote the operand of SExt.
1703   /// Should never be called directly.
1704   /// \return The promoted value which is used instead of SExt.
1705   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1706                                        TypePromotionTransaction &TPT,
1707                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1708                                        unsigned &CreatedInsts);
1709
1710 public:
1711   /// Type for the utility function that promotes the operand of SExt.
1712   typedef Value *(*Action)(Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1713                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1714                            unsigned &CreatedInsts);
1715   /// \brief Given a sign extend instruction \p SExt, return the approriate
1716   /// action to promote the operand of \p SExt instead of using SExt.
1717   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
1718   /// sign extension.
1719   /// \p InsertedTruncs keeps track of all the truncate instructions inserted by
1720   /// the others CodeGenPrepare optimizations. This information is important
1721   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
1722   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
1723   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
1724   static Action getAction(Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1725                           const TargetLowering &TLI,
1726                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
1727 };
1728
1729 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
1730                                         Type *ConsideredSExtType,
1731                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1732   // We can always get through sext.
1733   if (isa<SExtInst>(Inst))
1734     return true;
1735
1736   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
1737   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
1738   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
1739   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
1740       (BinOp->hasNoUnsignedWrap() || BinOp->hasNoSignedWrap()))
1741     return true;
1742
1743   // Check if we can do the following simplification.
1744   // sext(trunc(sext)) --> sext
1745   if (!isa<TruncInst>(Inst))
1746     return false;
1747
1748   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
1749   // Check if we can use this operand in the sext.
1750   // If the type is larger than the result type of the sign extension,
1751   // we cannot.
1752   if (OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
1753       ConsideredSExtType->getIntegerBitWidth())
1754     return false;
1755
1756   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
1757   // any information on the dropped bits.
1758   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
1759   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
1760   if (!Opnd)
1761     return false;
1762
1763   // Check if the source of the type is narrow enough.
1764   // I.e., check that trunc just drops sign extended bits.
1765   // #1 get the type of the operand.
1766   const Type *OpndType;
1767   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
1768   if (It != PromotedInsts.end())
1769     OpndType = It->second;
1770   else if (isa<SExtInst>(Opnd))
1771     OpndType = cast<Instruction>(Opnd)->getOperand(0)->getType();
1772   else
1773     return false;
1774
1775   // #2 check that the truncate just drop sign extended bits.
1776   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
1777     return true;
1778
1779   return false;
1780 }
1781
1782 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
1783     Instruction *SExt, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
1784     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
1785   Instruction *SExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1786   Type *SExtTy = SExt->getType();
1787   // If the operand of the sign extension is not an instruction, we cannot
1788   // get through.
1789   // If it, check we can get through.
1790   if (!SExtOpnd || !canGetThrough(SExtOpnd, SExtTy, PromotedInsts))
1791     return nullptr;
1792
1793   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
1794   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
1795   // redone, thus causing potential infinite loop.
1796   if (isa<TruncInst>(SExtOpnd) && InsertedTruncs.count(SExtOpnd))
1797     return nullptr;
1798
1799   // SExt or Trunc instructions.
1800   // Return the related handler.
1801   if (isa<SExtInst>(SExtOpnd) || isa<TruncInst>(SExtOpnd))
1802     return promoteOperandForTruncAndSExt;
1803
1804   // Regular instruction.
1805   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
1806   if (!SExtOpnd->hasOneUse() &&
1807       !TLI.isTruncateFree(SExtTy, SExtOpnd->getType()))
1808     return nullptr;
1809   return promoteOperandForOther;
1810 }
1811
1812 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndSExt(
1813     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
1814     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInsts) {
1815   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1816   // get through it and this method should not be called.
1817   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1818   // Replace sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
1819   // => sext(opnd).
1820   TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
1821   CreatedInsts = 0;
1822
1823   // Remove dead code.
1824   if (SExtOpnd->use_empty())
1825     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
1826
1827   // Check if the sext is still needed.
1828   if (SExt->getType() != SExt->getOperand(0)->getType())
1829     return SExt;
1830
1831   // At this point we have: sext ty opnd to ty.
1832   // Reassign the uses of SExt to the opnd and remove SExt.
1833   Value *NextVal = SExt->getOperand(0);
1834   TPT.eraseInstruction(SExt, NextVal);
1835   return NextVal;
1836 }
1837
1838 Value *
1839 TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(Instruction *SExt,
1840                                             TypePromotionTransaction &TPT,
1841                                             InstrToOrigTy &PromotedInsts,
1842                                             unsigned &CreatedInsts) {
1843   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
1844   // get through it and this method should not be called.
1845   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
1846   CreatedInsts = 0;
1847   if (!SExtOpnd->hasOneUse()) {
1848     // SExtOpnd will be promoted.
1849     // All its uses, but SExt, will need to use a truncated value of the
1850     // promoted version.
1851     // Create the truncate now.
1852     Instruction *Trunc = TPT.createTrunc(SExt, SExtOpnd->getType());
1853     Trunc->removeFromParent();
1854     // Insert it just after the definition.
1855     Trunc->insertAfter(SExtOpnd);
1856
1857     TPT.replaceAllUsesWith(SExtOpnd, Trunc);
1858     // Restore the operand of SExt (which has been replace by the previous call
1859     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
1860     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd);
1861   }
1862
1863   // Get through the Instruction:
1864   // 1. Update its type.
1865   // 2. Replace the uses of SExt by Inst.
1866   // 3. Sign extend each operand that needs to be sign extended.
1867
1868   // Remember the original type of the instruction before promotion.
1869   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
1870   PromotedInsts.insert(
1871       std::pair<Instruction *, Type *>(SExtOpnd, SExtOpnd->getType()));
1872   // Step #1.
1873   TPT.mutateType(SExtOpnd, SExt->getType());
1874   // Step #2.
1875   TPT.replaceAllUsesWith(SExt, SExtOpnd);
1876   // Step #3.
1877   Instruction *SExtForOpnd = SExt;
1878
1879   DEBUG(dbgs() << "Propagate SExt to operands\n");
1880   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = SExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
1881        ++OpIdx) {
1882     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(SExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
1883     if (SExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == SExt->getType() ||
1884         !shouldSExtOperand(SExtOpnd, OpIdx)) {
1885       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
1886       continue;
1887     }
1888     // Check if we can statically sign extend the operand.
1889     Value *Opnd = SExtOpnd->getOperand(OpIdx);
1890     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
1891       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1892       TPT.setOperand(
1893           SExtOpnd, OpIdx,
1894           ConstantInt::getSigned(SExt->getType(), Cst->getSExtValue()));
1895       continue;
1896     }
1897     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
1898     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
1899       DEBUG(dbgs() << "Statically sign extend\n");
1900       TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(SExt->getType()));
1901       continue;
1902     }
1903
1904     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
1905     // Check if SExt was reused to sign extend an operand.
1906     if (!SExtForOpnd) {
1907       // If yes, create a new one.
1908       DEBUG(dbgs() << "More operands to sext\n");
1909       SExtForOpnd = TPT.createSExt(SExt, Opnd, SExt->getType());
1910       ++CreatedInsts;
1911     }
1912
1913     TPT.setOperand(SExtForOpnd, 0, Opnd);
1914
1915     // Move the sign extension before the insertion point.
1916     TPT.moveBefore(SExtForOpnd, SExtOpnd);
1917     TPT.setOperand(SExtOpnd, OpIdx, SExtForOpnd);
1918     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
1919     SExtForOpnd = nullptr;
1920   }
1921   if (SExtForOpnd == SExt) {
1922     DEBUG(dbgs() << "Sign extension is useless now\n");
1923     TPT.eraseInstruction(SExt);
1924   }
1925   return SExtOpnd;
1926 }
1927
1928 /// IsPromotionProfitable - Check whether or not promoting an instruction
1929 /// to a wider type was profitable.
1930 /// \p MatchedSize gives the number of instructions that have been matched
1931 /// in the addressing mode after the promotion was applied.
1932 /// \p SizeWithPromotion gives the number of created instructions for
1933 /// the promotion plus the number of instructions that have been
1934 /// matched in the addressing mode before the promotion.
1935 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
1936 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
1937 bool
1938 AddressingModeMatcher::IsPromotionProfitable(unsigned MatchedSize,
1939                                              unsigned SizeWithPromotion,
1940                                              Value *PromotedOperand) const {
1941   // We folded less instructions than what we created to promote the operand.
1942   // This is not profitable.
1943   if (MatchedSize < SizeWithPromotion)
1944     return false;
1945   if (MatchedSize > SizeWithPromotion)
1946     return true;
1947   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
1948   // loads for instance.
1949   // Check that we did not create an illegal instruction.
1950   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(PromotedOperand);
1951   if (!PromotedInst)
1952     return false;
1953   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
1954   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
1955   if (!ISDOpcode)
1956     return true;
1957   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
1958   return TLI.isOperationLegalOrCustom(ISDOpcode,
1959                                       EVT::getEVT(PromotedInst->getType()));
1960 }
1961
1962 /// MatchOperationAddr - Given an instruction or constant expr, see if we can
1963 /// fold the operation into the addressing mode.  If so, update the addressing
1964 /// mode and return true, otherwise return false without modifying AddrMode.
1965 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
1966 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
1967 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
1968 /// because it has been moved away.
1969 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
1970 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
1971 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
1972 /// not be referenced anymore.
1973 bool AddressingModeMatcher::MatchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
1974                                                unsigned Depth,
1975                                                bool *MovedAway) {
1976   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
1977   if (Depth >= 5) return false;
1978
1979   // By default, all matched instructions stay in place.
1980   if (MovedAway)
1981     *MovedAway = false;
1982
1983   switch (Opcode) {
1984   case Instruction::PtrToInt:
1985     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
1986     return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
1987   case Instruction::IntToPtr:
1988     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
1989     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
1990         TLI.getPointerTy(AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace()))
1991       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
1992     return false;
1993   case Instruction::BitCast:
1994   case Instruction::AddrSpaceCast:
1995     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
1996     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
1997     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
1998          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
1999         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2000         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2001         // is doing.
2002         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2003       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2004     return false;
2005   case Instruction::Add: {
2006     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2007     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2008     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2009     // Start a transaction at this point.
2010     // The LHS may match but not the RHS.
2011     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2012     // matched operation.
2013     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2014         TPT.getRestorationPoint();
2015
2016     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2017         MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2018       return true;
2019
2020     // Restore the old addr mode info.
2021     AddrMode = BackupAddrMode;
2022     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2023     TPT.rollback(LastKnownGood);
2024
2025     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2026     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2027         MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2028       return true;
2029
2030     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2031     AddrMode = BackupAddrMode;
2032     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2033     TPT.rollback(LastKnownGood);
2034     break;
2035   }
2036   //case Instruction::Or:
2037   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2038   //break;
2039   case Instruction::Mul:
2040   case Instruction::Shl: {
2041     // Can only handle X*C and X << C.
2042     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2043     if (!RHS)
2044       return false;
2045     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2046     if (Opcode == Instruction::Shl)
2047       Scale = 1LL << Scale;
2048
2049     return MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2050   }
2051   case Instruction::GetElementPtr: {
2052     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2053     // one variable offset.
2054     int VariableOperand = -1;
2055     unsigned VariableScale = 0;
2056
2057     int64_t ConstantOffset = 0;
2058     const DataLayout *TD = TLI.getDataLayout();
2059     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2060     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2061       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2062         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
2063         unsigned Idx =
2064           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2065         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2066       } else {
2067         uint64_t TypeSize = TD->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2068         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2069           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2070         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2071           // We only allow one variable index at the moment.
2072           if (VariableOperand != -1)
2073             return false;
2074
2075           // Remember the variable index.
2076           VariableOperand = i;
2077           VariableScale = TypeSize;
2078         }
2079       }
2080     }
2081
2082     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2083     // just add it to the disp field and check validity.
2084     if (VariableOperand == -1) {
2085       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2086       if (ConstantOffset == 0 || TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)){
2087         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2088         if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2089           return true;
2090       }
2091       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2092       return false;
2093     }
2094
2095     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2096     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2097     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2098
2099     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2100     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2101
2102     // Match the base operand of the GEP.
2103     if (!MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2104       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2105       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2106         AddrMode = BackupAddrMode;
2107         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2108         return false;
2109       }
2110       AddrMode.HasBaseReg = true;
2111       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2112     }
2113
2114     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2115     if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2116                           Depth)) {
2117       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2118       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2119       AddrMode = BackupAddrMode;
2120       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2121       if (AddrMode.HasBaseReg)
2122         return false;
2123       AddrMode.HasBaseReg = true;
2124       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2125       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2126       if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2127                             VariableScale, Depth)) {
2128         // If even that didn't work, bail.
2129         AddrMode = BackupAddrMode;
2130         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2131         return false;
2132       }
2133     }
2134
2135     return true;
2136   }
2137   case Instruction::SExt: {
2138     Instruction *SExt = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
2139     if (!SExt)
2140       return false;
2141
2142     // Try to move this sext out of the way of the addressing mode.
2143     // Ask for a method for doing so.
2144     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
2145         SExt, InsertedTruncs, TLI, PromotedInsts);
2146     if (!TPH)
2147       return false;
2148
2149     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2150         TPT.getRestorationPoint();
2151     unsigned CreatedInsts = 0;
2152     Value *PromotedOperand = TPH(SExt, TPT, PromotedInsts, CreatedInsts);
2153     // SExt has been moved away.
2154     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2155     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2156     // E.g.,
2157     // op = add opnd, 1
2158     // idx = sext op
2159     // addr = gep base, idx
2160     // is now:
2161     // promotedOpnd = sext opnd           <- no match here
2162     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2163     // addr = gep base, op                <- match
2164     if (MovedAway)
2165       *MovedAway = true;
2166
2167     assert(PromotedOperand &&
2168            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2169
2170     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2171     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2172
2173     if (!MatchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2174         !IsPromotionProfitable(AddrModeInsts.size(), OldSize + CreatedInsts,
2175                                PromotedOperand)) {
2176       AddrMode = BackupAddrMode;
2177       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2178       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2179       TPT.rollback(LastKnownGood);
2180       return false;
2181     }
2182     return true;
2183   }
2184   }
2185   return false;
2186 }
2187
2188 /// MatchAddr - If we can, try to add the value of 'Addr' into the current
2189 /// addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode this returns false and
2190 /// leaves AddrMode unmodified.  This assumes that Addr is either a pointer type
2191 /// or intptr_t for the target.
2192 ///
2193 bool AddressingModeMatcher::MatchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2194   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2195   // fails.
2196   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2197       TPT.getRestorationPoint();
2198   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2199     // Fold in immediates if legal for the target.
2200     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2201     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2202       return true;
2203     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2204   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2205     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2206     if (!AddrMode.BaseGV) {
2207       AddrMode.BaseGV = GV;
2208       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2209         return true;
2210       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2211     }
2212   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2213     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2214     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2215
2216     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2217     bool MovedAway = false;
2218     if (MatchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2219       // This instruction may have been move away. If so, there is nothing
2220       // to check here.
2221       if (MovedAway)
2222         return true;
2223       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2224       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2225       // register pressure too much.
2226       if (I->hasOneUse() ||
2227           IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2228         AddrModeInsts.push_back(I);
2229         return true;
2230       }
2231
2232       // It isn't profitable to do this, roll back.
2233       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2234       AddrMode = BackupAddrMode;
2235       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2236       TPT.rollback(LastKnownGood);
2237     }
2238   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2239     if (MatchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2240       return true;
2241     TPT.rollback(LastKnownGood);
2242   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2243     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2244     return true;
2245   }
2246
2247   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2248   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2249     AddrMode.HasBaseReg = true;
2250     AddrMode.BaseReg = Addr;
2251     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2252     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2253       return true;
2254     AddrMode.HasBaseReg = false;
2255     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2256   }
2257
2258   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2259   if (AddrMode.Scale == 0) {
2260     AddrMode.Scale = 1;
2261     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2262     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2263       return true;
2264     AddrMode.Scale = 0;
2265     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2266   }
2267   // Couldn't match.
2268   TPT.rollback(LastKnownGood);
2269   return false;
2270 }
2271
2272 /// IsOperandAMemoryOperand - Check to see if all uses of OpVal by the specified
2273 /// inline asm call are due to memory operands.  If so, return true, otherwise
2274 /// return false.
2275 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2276                                     const TargetLowering &TLI) {
2277   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints = TLI.ParseConstraints(ImmutableCallSite(CI));
2278   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2279     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2280
2281     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2282     TLI.ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2283
2284     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
2285     // operand, we can't fold it!
2286     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
2287         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
2288          !OpInfo.isIndirect))
2289       return false;
2290   }
2291
2292   return true;
2293 }
2294
2295 /// FindAllMemoryUses - Recursively walk all the uses of I until we find a
2296 /// memory use.  If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
2297 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
2298 static bool FindAllMemoryUses(Instruction *I,
2299                 SmallVectorImpl<std::pair<Instruction*,unsigned> > &MemoryUses,
2300                               SmallPtrSet<Instruction*, 16> &ConsideredInsts,
2301                               const TargetLowering &TLI) {
2302   // If we already considered this instruction, we're done.
2303   if (!ConsideredInsts.insert(I))
2304     return false;
2305
2306   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
2307   if (!MightBeFoldableInst(I))
2308     return true;
2309
2310   // Loop over all the uses, recursively processing them.
2311   for (Use &U : I->uses()) {
2312     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2313
2314     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
2315       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
2316       continue;
2317     }
2318
2319     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
2320       unsigned opNo = U.getOperandNo();
2321       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
2322       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
2323       continue;
2324     }
2325
2326     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
2327       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
2328       if (!IA) return true;
2329
2330       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
2331       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TLI))
2332         return true;
2333       continue;
2334     }
2335
2336     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2337       return true;
2338   }
2339
2340   return false;
2341 }
2342
2343 /// ValueAlreadyLiveAtInst - Retrn true if Val is already known to be live at
2344 /// the use site that we're folding it into.  If so, there is no cost to
2345 /// include it in the addressing mode.  KnownLive1 and KnownLive2 are two values
2346 /// that we know are live at the instruction already.
2347 bool AddressingModeMatcher::ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
2348                                                    Value *KnownLive2) {
2349   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
2350   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
2351     return true;
2352
2353   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
2354   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
2355
2356   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
2357   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
2358   // live for the whole function.
2359   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
2360     if (AI->isStaticAlloca())
2361       return true;
2362
2363   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
2364   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
2365   // can reasonably fold it.
2366   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
2367 }
2368
2369 /// IsProfitableToFoldIntoAddressingMode - It is possible for the addressing
2370 /// mode of the machine to fold the specified instruction into a load or store
2371 /// that ultimately uses it.  However, the specified instruction has multiple
2372 /// uses.  Given this, it may actually increase register pressure to fold it
2373 /// into the load.  For example, consider this code:
2374 ///
2375 ///     X = ...
2376 ///     Y = X+1
2377 ///     use(Y)   -> nonload/store
2378 ///     Z = Y+1
2379 ///     load Z
2380 ///
2381 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
2382 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
2383 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
2384 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
2385 /// number of computations either.
2386 ///
2387 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
2388 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
2389 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
2390 bool AddressingModeMatcher::
2391 IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
2392                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
2393   if (IgnoreProfitability) return true;
2394
2395   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
2396   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
2397   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
2398   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
2399   // address extends the lifetime of.
2400   //
2401   // Note that there are only two potential values being referenced here,
2402   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
2403   // folded immediates).
2404   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
2405
2406   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
2407   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
2408   if (ValueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2409     BaseReg = nullptr;
2410   if (ValueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
2411     ScaledReg = nullptr;
2412
2413   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
2414   // ranges, we're ok with it.
2415   if (!BaseReg && !ScaledReg)
2416     return true;
2417
2418   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
2419   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
2420   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
2421   // uses.
2422   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
2423   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
2424   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TLI))
2425     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
2426
2427   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
2428   // computation involving only operations that could theoretically be folded
2429   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
2430   // *actually* fold the instruction.
2431   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
2432   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
2433     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
2434     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
2435
2436     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
2437     // know what it accesses.
2438     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
2439     if (!Address->getType()->isPointerTy())
2440       return false;
2441     Type *AddressAccessTy = Address->getType()->getPointerElementType();
2442
2443     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
2444     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
2445     // *actually* cover the shared instruction.
2446     ExtAddrMode Result;
2447     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2448         TPT.getRestorationPoint();
2449     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TLI, AddressAccessTy,
2450                                   MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
2451                                   PromotedInsts, TPT);
2452     Matcher.IgnoreProfitability = true;
2453     bool Success = Matcher.MatchAddr(Address, 0);
2454     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2455
2456     // The match was to check the profitability, the changes made are not
2457     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
2458     // otherwise the original matcher will not present the right state.
2459     TPT.rollback(LastKnownGood);
2460
2461     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
2462     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
2463                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
2464       return false;
2465
2466     MatchedAddrModeInsts.clear();
2467   }
2468
2469   return true;
2470 }
2471
2472 } // end anonymous namespace
2473
2474 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
2475 /// different basic block than BB.
2476 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
2477   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2478     return I->getParent() != BB;
2479   return false;
2480 }
2481
2482 /// OptimizeMemoryInst - Load and Store Instructions often have
2483 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
2484 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
2485 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
2486 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
2487 /// stuff into the block as possible.
2488 ///
2489 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
2490 /// operands.
2491 bool CodeGenPrepare::OptimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
2492                                         Type *AccessTy) {
2493   Value *Repl = Addr;
2494
2495   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
2496   // unprofitable PRE transformations.
2497   SmallVector<Value*, 8> worklist;
2498   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
2499   worklist.push_back(Addr);
2500
2501   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
2502   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
2503   // are equivalent.
2504   Value *Consensus = nullptr;
2505   unsigned NumUsesConsensus = 0;
2506   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
2507   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
2508   ExtAddrMode AddrMode;
2509   TypePromotionTransaction TPT;
2510   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2511       TPT.getRestorationPoint();
2512   while (!worklist.empty()) {
2513     Value *V = worklist.back();
2514     worklist.pop_back();
2515
2516     // Break use-def graph loops.
2517     if (!Visited.insert(V)) {
2518       Consensus = nullptr;
2519       break;
2520     }
2521
2522     // For a PHI node, push all of its incoming values.
2523     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2524       for (unsigned i = 0, e = P->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2525         worklist.push_back(P->getIncomingValue(i));
2526       continue;
2527     }
2528
2529     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
2530     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
2531     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
2532         V, AccessTy, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TLI, InsertedTruncsSet,
2533         PromotedInsts, TPT);
2534
2535     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
2536     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
2537     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
2538     // regression.
2539     if (!Consensus) {
2540       Consensus = V;
2541       AddrMode = NewAddrMode;
2542       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2543       continue;
2544     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
2545       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
2546         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
2547         IsNumUsesConsensusValid = true;
2548       }
2549
2550       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
2551       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
2552       // such root as representative, select the one with the most uses in order
2553       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
2554       // applicable.
2555       unsigned NumUses = V->getNumUses();
2556       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
2557         Consensus = V;
2558         NumUsesConsensus = NumUses;
2559         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
2560       }
2561       continue;
2562     }
2563
2564     Consensus = nullptr;
2565     break;
2566   }
2567
2568   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
2569   // ones were determined, bail out now.
2570   if (!Consensus) {
2571     TPT.rollback(LastKnownGood);
2572     return false;
2573   }
2574   TPT.commit();
2575
2576   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
2577   // non-local to I's BB.
2578   bool AnyNonLocal = false;
2579   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
2580     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
2581       AnyNonLocal = true;
2582       break;
2583     }
2584   }
2585
2586   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
2587   if (!AnyNonLocal) {
2588     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
2589     return false;
2590   }
2591
2592   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
2593   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
2594   // guaranteed to happen later.
2595   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
2596
2597   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
2598   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
2599   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
2600   // computation.
2601   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
2602   if (SunkAddr) {
2603     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2604                  << *MemoryInst << "\n");
2605     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2606       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2607   } else if (AddrSinkUsingGEPs || (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() &&
2608                TM && TM->getSubtarget<TargetSubtargetInfo>().useAA())) {
2609     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
2610     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
2611     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2612                  << *MemoryInst << "\n");
2613     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2614     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
2615
2616     // First, find the pointer.
2617     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
2618       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
2619       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2620     }
2621
2622     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
2623       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
2624       // pointer (both of which seem meaningless).
2625       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
2626         return false;
2627
2628       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
2629       AddrMode.Scale = 0;
2630     }
2631
2632     if (AddrMode.BaseGV) {
2633       if (ResultPtr)
2634         return false;
2635
2636       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
2637     }
2638
2639     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
2640     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
2641     // use it here.
2642     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
2643       ResultPtr =
2644         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2645       AddrMode.BaseReg = nullptr;
2646     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
2647       ResultPtr =
2648         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
2649       AddrMode.Scale = 0;
2650     }
2651
2652     if (!ResultPtr &&
2653         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
2654       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2655     } else if (!ResultPtr) {
2656       return false;
2657     } else {
2658       Type *I8PtrTy =
2659         Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
2660
2661       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2662       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2663       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2664       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2665       // we'd end up sinking both muls.
2666       if (AddrMode.BaseReg) {
2667         Value *V = AddrMode.BaseReg;
2668         if (V->getType() != IntPtrTy)
2669           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2670
2671         ResultIndex = V;
2672       }
2673
2674       // Add the scale value.
2675       if (AddrMode.Scale) {
2676         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2677         if (V->getType() == IntPtrTy) {
2678           // done.
2679         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2680                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2681           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2682         } else {
2683           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2684           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2685           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2686           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2687           // do not match instead of extending it.
2688           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
2689           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
2690             I->eraseFromParent();
2691           return false;
2692         }
2693
2694         if (AddrMode.Scale != 1)
2695           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2696                                 "sunkaddr");
2697         if (ResultIndex)
2698           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
2699         else
2700           ResultIndex = V;
2701       }
2702
2703       // Add in the Base Offset if present.
2704       if (AddrMode.BaseOffs) {
2705         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2706         if (ResultIndex) {
2707           // We need to add this separately from the scale above to help with
2708           // SDAG consecutive load/store merging.
2709           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2710             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2711           ResultPtr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2712         }
2713
2714         ResultIndex = V;
2715       }
2716
2717       if (!ResultIndex) {
2718         SunkAddr = ResultPtr;
2719       } else {
2720         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
2721           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
2722         SunkAddr = Builder.CreateGEP(ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
2723       }
2724
2725       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
2726         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
2727     }
2728   } else {
2729     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
2730                  << *MemoryInst << "\n");
2731     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
2732     Value *Result = nullptr;
2733
2734     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
2735     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
2736     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
2737     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
2738     // we'd end up sinking both muls.
2739     if (AddrMode.BaseReg) {
2740       Value *V = AddrMode.BaseReg;
2741       if (V->getType()->isPointerTy())
2742         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2743       if (V->getType() != IntPtrTy)
2744         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
2745       Result = V;
2746     }
2747
2748     // Add the scale value.
2749     if (AddrMode.Scale) {
2750       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
2751       if (V->getType() == IntPtrTy) {
2752         // done.
2753       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
2754         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2755       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
2756                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
2757         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
2758       } else {
2759         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
2760         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
2761         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
2762         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
2763         // do not match instead of extending it.
2764         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
2765         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
2766           I->eraseFromParent();
2767         return false;
2768       }
2769       if (AddrMode.Scale != 1)
2770         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
2771                               "sunkaddr");
2772       if (Result)
2773         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2774       else
2775         Result = V;
2776     }
2777
2778     // Add in the BaseGV if present.
2779     if (AddrMode.BaseGV) {
2780       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
2781       if (Result)
2782         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2783       else
2784         Result = V;
2785     }
2786
2787     // Add in the Base Offset if present.
2788     if (AddrMode.BaseOffs) {
2789       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
2790       if (Result)
2791         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
2792       else
2793         Result = V;
2794     }
2795
2796     if (!Result)
2797       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
2798     else
2799       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
2800   }
2801
2802   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
2803
2804   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
2805   // using it.
2806   if (Repl->use_empty()) {
2807     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
2808     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
2809     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
2810     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
2811
2812     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
2813
2814     if (IterHandle != CurInstIterator) {
2815       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
2816       // start of the block.
2817       CurInstIterator = BB->begin();
2818       SunkAddrs.clear();
2819     }
2820   }
2821   ++NumMemoryInsts;
2822   return true;
2823 }
2824
2825 /// OptimizeInlineAsmInst - If there are any memory operands, use
2826 /// OptimizeMemoryInst to sink their address computing into the block when
2827 /// possible / profitable.
2828 bool CodeGenPrepare::OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
2829   bool MadeChange = false;
2830
2831   TargetLowering::AsmOperandInfoVector
2832     TargetConstraints = TLI->ParseConstraints(CS);
2833   unsigned ArgNo = 0;
2834   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2835     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2836
2837     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2838     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2839
2840     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
2841         OpInfo.isIndirect) {
2842       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
2843       MadeChange |= OptimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType());
2844     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
2845       ArgNo++;
2846   }
2847
2848   return MadeChange;
2849 }
2850
2851 /// MoveExtToFormExtLoad - Move a zext or sext fed by a load into the same
2852 /// basic block as the load, unless conditions are unfavorable. This allows
2853 /// SelectionDAG to fold the extend into the load.
2854 ///
2855 bool CodeGenPrepare::MoveExtToFormExtLoad(Instruction *I) {
2856   // Look for a load being extended.
2857   LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0));
2858   if (!LI) return false;
2859
2860   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
2861   if (LI->getParent() == I->getParent())
2862     return false;
2863
2864   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
2865   // isn't worthwhile.
2866   if (!LI->hasOneUse() &&
2867       TLI && (TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(LI->getType())) ||
2868               !TLI->isTypeLegal(TLI->getValueType(I->getType()))) &&
2869       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType()))
2870     return false;
2871
2872   // Check whether the target supports casts folded into loads.
2873   unsigned LType;
2874   if (isa<ZExtInst>(I))
2875     LType = ISD::ZEXTLOAD;
2876   else {
2877     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
2878     LType = ISD::SEXTLOAD;
2879   }
2880   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, TLI->getValueType(LI->getType())))
2881     return false;
2882
2883   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
2884   // can fold it.
2885   I->removeFromParent();
2886   I->insertAfter(LI);
2887   ++NumExtsMoved;
2888   return true;
2889 }
2890
2891 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
2892   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
2893
2894   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
2895   // other uses of the source with result of extension.
2896   Value *Src = I->getOperand(0);
2897   if (Src->hasOneUse())
2898     return false;
2899
2900   // Only do this xform if truncating is free.
2901   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
2902     return false;
2903
2904   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
2905   // this block.
2906   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
2907     return false;
2908
2909   bool DefIsLiveOut = false;
2910   for (User *U : I->users()) {
2911     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2912
2913     // Figure out which BB this ext is used in.
2914     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2915     if (UserBB == DefBB) continue;
2916     DefIsLiveOut = true;
2917     break;
2918   }
2919   if (!DefIsLiveOut)
2920     return false;
2921
2922   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
2923   for (User *U : Src->users()) {
2924     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
2925     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
2926     if (UserBB == DefBB) continue;
2927     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
2928     // reloads just before load / store instructions.
2929     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
2930       return false;
2931   }
2932
2933   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
2934   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
2935
2936   bool MadeChange = false;
2937   for (Use &U : Src->uses()) {
2938     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
2939
2940     // Figure out which BB this ext is used in.
2941     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
2942     if (UserBB == DefBB) continue;
2943
2944     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
2945     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
2946
2947     if (!InsertedTrunc) {
2948       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
2949       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
2950       InsertedTruncsSet.insert(InsertedTrunc);
2951     }
2952
2953     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
2954     U = InsertedTrunc;
2955     ++NumExtUses;
2956     MadeChange = true;
2957   }
2958
2959   return MadeChange;
2960 }
2961
2962 /// isFormingBranchFromSelectProfitable - Returns true if a SelectInst should be
2963 /// turned into an explicit branch.
2964 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
2965   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
2966   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
2967   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
2968   // case currently.
2969
2970   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
2971
2972   // If the branch is predicted right, an out of order CPU can avoid blocking on
2973   // the compare.  Emit cmovs on compares with a memory operand as branches to
2974   // avoid stalls on the load from memory.  If the compare has more than one use
2975   // there's probably another cmov or setcc around so it's not worth emitting a
2976   // branch.
2977   if (!Cmp)
2978     return false;
2979
2980   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
2981   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
2982
2983   // We check that the memory operand has one use to avoid uses of the loaded
2984   // value directly after the compare, making branches unprofitable.
2985   return Cmp->hasOneUse() &&
2986          ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
2987           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
2988 }
2989
2990
2991 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
2992 /// turn it into a branch.
2993 bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
2994   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
2995
2996   // Can we convert the 'select' to CF ?
2997   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
2998     return false;
2999
3000   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3001   if (VectorCond)
3002     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3003   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3004     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3005   else
3006     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3007
3008   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3009   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3010     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3011     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3012     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3013         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3014       return false;
3015   }
3016
3017   ModifiedDT = true;
3018
3019   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3020   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3021   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3022   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3023
3024   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3025   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3026                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3027
3028   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3029   // landing pad block.
3030   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3031   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3032
3033   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3034   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3035
3036   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3037   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", NextBlock->begin());
3038   PN->takeName(SI);
3039   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3040   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3041   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3042   SI->eraseFromParent();
3043
3044   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3045   CurInstIterator = StartBlock->end();
3046   ++NumSelectsExpanded;
3047   return true;
3048 }
3049
3050 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3051   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3052   int SplatElem = -1;
3053   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3054     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3055       return false;
3056     SplatElem = Mask[i];
3057   }
3058
3059   return true;
3060 }
3061
3062 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3063 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3064 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3065 /// codegen can spot all lanes are identical.
3066 bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3067   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3068
3069   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3070   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3071     return false;
3072
3073   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3074   // constant splat.
3075   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3076     return false;
3077
3078   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3079   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3080
3081   bool MadeChange = false;
3082   for (User *U : SVI->users()) {
3083     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3084
3085     // Figure out which BB this ext is used in.
3086     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3087     if (UserBB == DefBB) continue;
3088
3089     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3090     if (!UI->isShift()) continue;
3091
3092     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3093     // already have a copy.
3094     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3095
3096     if (!InsertedShuffle) {
3097       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3098       InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
3099                                               SVI->getOperand(1),
3100                                               SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
3101     }
3102
3103     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3104     MadeChange = true;
3105   }
3106
3107   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3108   if (SVI->use_empty()) {
3109     SVI->eraseFromParent();
3110     MadeChange = true;
3111   }
3112
3113   return MadeChange;
3114 }
3115
3116 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I) {
3117   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
3118     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
3119     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
3120     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
3121     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr,
3122                                        TLInfo, DT)) {
3123       P->replaceAllUsesWith(V);
3124       P->eraseFromParent();
3125       ++NumPHIsElim;
3126       return true;
3127     }
3128     return false;
3129   }
3130
3131   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3132     // If the source of the cast is a constant, then this should have
3133     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
3134     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
3135     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
3136     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
3137     // want to forward-subst the cast.
3138     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
3139       return false;
3140
3141     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI))
3142       return true;
3143
3144     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
3145       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
3146       /// fit in one register
3147       if (TLI && TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
3148                                     TLI->getValueType(CI->getType())) ==
3149                      TargetLowering::TypeExpandInteger) {
3150         return SinkCast(CI);
3151       } else {
3152         bool MadeChange = MoveExtToFormExtLoad(I);
3153         return MadeChange | OptimizeExtUses(I);
3154       }
3155     }
3156     return false;
3157   }
3158
3159   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
3160     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
3161       return OptimizeCmpExpression(CI);
3162
3163   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
3164     if (TLI)
3165       return OptimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType());
3166     return false;
3167   }
3168
3169   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
3170     if (TLI)
3171       return OptimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
3172                                 SI->getOperand(0)->getType());
3173     return false;
3174   }
3175
3176   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
3177
3178   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
3179                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
3180     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
3181     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
3182       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI);
3183
3184     return false;
3185   }
3186
3187   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
3188     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
3189       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
3190       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
3191                                         GEPI->getName(), GEPI);
3192       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
3193       GEPI->eraseFromParent();
3194       ++NumGEPsElim;
3195       OptimizeInst(NC);
3196       return true;
3197     }
3198     return false;
3199   }
3200
3201   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
3202     return OptimizeCallInst(CI);
3203
3204   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
3205     return OptimizeSelectInst(SI);
3206
3207   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
3208     return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
3209
3210   return false;
3211 }
3212
3213 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
3214 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
3215 // selection.
3216 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB) {
3217   SunkAddrs.clear();
3218   bool MadeChange = false;
3219
3220   CurInstIterator = BB.begin();
3221   while (CurInstIterator != BB.end())
3222     MadeChange |= OptimizeInst(CurInstIterator++);
3223
3224   MadeChange |= DupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
3225
3226   return MadeChange;
3227 }
3228
3229 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
3230 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
3231 // find a node corresponding to the value.
3232 bool CodeGenPrepare::PlaceDbgValues(Function &F) {
3233   bool MadeChange = false;
3234   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I) {
3235     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
3236     for (BasicBlock::iterator BI = I->begin(), BE = I->end(); BI != BE;) {
3237       Instruction *Insn = BI; ++BI;
3238       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
3239       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
3240       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
3241       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
3242       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
3243       // where said address is used.
3244       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
3245         PrevNonDbgInst = Insn;
3246         continue;
3247       }
3248
3249       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
3250       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
3251         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
3252         DVI->removeFromParent();
3253         if (isa<PHINode>(VI))
3254           DVI->insertBefore(VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
3255         else
3256           DVI->insertAfter(VI);
3257         MadeChange = true;
3258         ++NumDbgValueMoved;
3259       }
3260     }
3261   }
3262   return MadeChange;
3263 }
3264
3265 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
3266 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
3267 // target supports folding these into a single instruction, sink the
3268 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
3269 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
3270 // searched for.
3271 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
3272   if (!EnableAndCmpSinking)
3273     return false;
3274   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
3275     return false;
3276   bool MadeChange = false;
3277   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
3278     BasicBlock *BB = I++;
3279
3280     // Does this BB end with the following?
3281     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
3282     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
3283     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
3284     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3285     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
3286       continue;
3287     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
3288     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
3289       continue;
3290     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
3291     if (!Zero || !Zero->isZero())
3292       continue;
3293     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
3294     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
3295       continue;
3296     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
3297     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
3298       continue;
3299     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
3300
3301     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
3302     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
3303     // track of which BBs we insert into.
3304     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
3305          UI != E; ) {
3306       Use &TheUse = *UI;
3307       // Find brcc use.
3308       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
3309       ++UI;
3310       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
3311         continue;
3312       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
3313       if (UserBB == BB) continue;
3314       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
3315
3316       // Sink the "and; icmp" to use.
3317       MadeChange = true;
3318       BinaryOperator *NewAnd =
3319         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
3320                                   BrccUser);
3321       CmpInst *NewCmp =
3322         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
3323                         "", BrccUser);
3324       TheUse = NewCmp;
3325       ++NumAndCmpsMoved;
3326       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
3327     }
3328   }
3329   return MadeChange;
3330 }