f37a2874b2565ac79ced410323b4d9ca9d0e2582
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
23 #include "llvm/IR/CallSite.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
27 #include "llvm/IR/Dominators.h"
28 #include "llvm/IR/Function.h"
29 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
38 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
50 using namespace llvm;
51 using namespace llvm::PatternMatch;
52
53 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
54
55 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
56 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
57 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
58 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
59                       "sunken Cmps");
60 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
61                        "of sunken Casts");
62 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
63                           "computations were sunk");
64 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
65 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
66 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
67 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
68 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
69 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
70 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
71
72 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
73   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
74   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
75
76 static cl::opt<bool>
77     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
78                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
79
80 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
81   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
82   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
83
84 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
85   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
86   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
87
88 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
89    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
90    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
91
92 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
93     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
94     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
95
96 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
97     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
98     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
99
100 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
101     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
102     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
103              "CodeGenPrepare"));
104
105 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
106     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
107     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
108              "optimization in CodeGenPrepare"));
109
110 namespace {
111 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
112 struct TypeIsSExt {
113   Type *Ty;
114   bool IsSExt;
115   TypeIsSExt(Type *Ty, bool IsSExt) : Ty(Ty), IsSExt(IsSExt) {}
116 };
117 typedef DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt> InstrToOrigTy;
118 class TypePromotionTransaction;
119
120   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
121     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
122     /// transformation profitability.
123     const TargetMachine *TM;
124     const TargetLowering *TLI;
125     const TargetTransformInfo *TTI;
126     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
127
128     /// CurInstIterator - As we scan instructions optimizing them, this is the
129     /// next instruction to optimize.  Xforms that can invalidate this should
130     /// update it.
131     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
132
133     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
134     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
135     /// multiple load/stores of the same address.
136     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
137
138     /// Keeps track of all truncates inserted for the current function.
139     SetOfInstrs InsertedTruncsSet;
140     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
141     /// promotion for the current function.
142     InstrToOrigTy PromotedInsts;
143
144     /// ModifiedDT - If CFG is modified in anyway.
145     bool ModifiedDT;
146
147     /// OptSize - True if optimizing for size.
148     bool OptSize;
149
150   public:
151     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
152     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
153         : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr), TTI(nullptr) {
154         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
155       }
156     bool runOnFunction(Function &F) override;
157
158     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
159
160     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
161       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
162       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
163       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
164     }
165
166   private:
167     bool EliminateFallThrough(Function &F);
168     bool EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
169     bool CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
170     void EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
171     bool OptimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT);
172     bool OptimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT);
173     bool OptimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr, Type *AccessTy);
174     bool OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
175     bool OptimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT);
176     bool MoveExtToFormExtLoad(Instruction *&I);
177     bool OptimizeExtUses(Instruction *I);
178     bool OptimizeSelectInst(SelectInst *SI);
179     bool OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
180     bool OptimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
181     bool DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
182     bool PlaceDbgValues(Function &F);
183     bool sinkAndCmp(Function &F);
184     bool ExtLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT, LoadInst *&LI,
185                         Instruction *&Inst,
186                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
187                         unsigned CreatedInstCost);
188     bool splitBranchCondition(Function &F);
189     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
190   };
191 }
192
193 char CodeGenPrepare::ID = 0;
194 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
195                    "Optimize for code generation", false, false)
196
197 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
198   return new CodeGenPrepare(TM);
199 }
200
201 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
202   if (skipOptnoneFunction(F))
203     return false;
204
205   bool EverMadeChange = false;
206   // Clear per function information.
207   InsertedTruncsSet.clear();
208   PromotedInsts.clear();
209
210   ModifiedDT = false;
211   if (TM)
212     TLI = TM->getSubtargetImpl(F)->getTargetLowering();
213   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
214   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
215   OptSize = F.hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize);
216
217   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
218   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
219   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
220     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
221        TLI->getBypassSlowDivWidths();
222     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
223       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
224   }
225
226   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
227   // unconditional branch.
228   EverMadeChange |= EliminateMostlyEmptyBlocks(F);
229
230   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
231   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
232   // find a node corresponding to the value.
233   EverMadeChange |= PlaceDbgValues(F);
234
235   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
236   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
237   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
238   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
239   if (!DisableBranchOpts) {
240     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
241     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
242   }
243
244   bool MadeChange = true;
245   while (MadeChange) {
246     MadeChange = false;
247     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
248       BasicBlock *BB = I++;
249       bool ModifiedDTOnIteration = false;
250       MadeChange |= OptimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
251
252       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
253       if (ModifiedDTOnIteration)
254         break;
255     }
256     EverMadeChange |= MadeChange;
257   }
258
259   SunkAddrs.clear();
260
261   if (!DisableBranchOpts) {
262     MadeChange = false;
263     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
264     for (BasicBlock &BB : F) {
265       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
266       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
267       if (!MadeChange) continue;
268
269       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
270              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
271         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
272           WorkList.insert(*II);
273     }
274
275     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
276     MadeChange |= !WorkList.empty();
277     while (!WorkList.empty()) {
278       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
279       WorkList.erase(BB);
280       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
281
282       DeleteDeadBlock(BB);
283
284       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
285              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
286         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
287           WorkList.insert(*II);
288     }
289
290     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
291     // a single edge.
292     if (EverMadeChange || MadeChange)
293       MadeChange |= EliminateFallThrough(F);
294
295     EverMadeChange |= MadeChange;
296   }
297
298   if (!DisableGCOpts) {
299     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
300     for (BasicBlock &BB : F)
301       for (Instruction &I : BB)
302         if (isStatepoint(I))
303           Statepoints.push_back(&I);
304     for (auto &I : Statepoints)
305       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
306   }
307
308   return EverMadeChange;
309 }
310
311 /// EliminateFallThrough - Merge basic blocks which are connected
312 /// by a single edge, where one of the basic blocks has a single successor
313 /// pointing to the other basic block, which has a single predecessor.
314 bool CodeGenPrepare::EliminateFallThrough(Function &F) {
315   bool Changed = false;
316   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
317   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
318     BasicBlock *BB = I++;
319     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
320     // edge, just collapse it.
321     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
322
323     // Don't merge if BB's address is taken.
324     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
325
326     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
327     if (Term && !Term->isConditional()) {
328       Changed = true;
329       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
330       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
331       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
332       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
333       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, nullptr);
334
335       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
336         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
337
338       // We have erased a block. Update the iterator.
339       I = BB;
340     }
341   }
342   return Changed;
343 }
344
345 /// EliminateMostlyEmptyBlocks - eliminate blocks that contain only PHI nodes,
346 /// debug info directives, and an unconditional branch.  Passes before isel
347 /// (e.g. LSR/loopsimplify) often split edges in ways that are non-optimal for
348 /// isel.  Start by eliminating these blocks so we can split them the way we
349 /// want them.
350 bool CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
351   bool MadeChange = false;
352   // Note that this intentionally skips the entry block.
353   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
354     BasicBlock *BB = I++;
355
356     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
357     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
358     if (!BI || !BI->isUnconditional())
359       continue;
360
361     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
362     // node, then other stuff is happening here.
363     BasicBlock::iterator BBI = BI;
364     if (BBI != BB->begin()) {
365       --BBI;
366       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
367         if (BBI == BB->begin())
368           break;
369         --BBI;
370       }
371       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
372         continue;
373     }
374
375     // Do not break infinite loops.
376     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
377     if (DestBB == BB)
378       continue;
379
380     if (!CanMergeBlocks(BB, DestBB))
381       continue;
382
383     EliminateMostlyEmptyBlock(BB);
384     MadeChange = true;
385   }
386   return MadeChange;
387 }
388
389 /// CanMergeBlocks - Return true if we can merge BB into DestBB if there is a
390 /// single uncond branch between them, and BB contains no other non-phi
391 /// instructions.
392 bool CodeGenPrepare::CanMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
393                                     const BasicBlock *DestBB) const {
394   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
395   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
396   // don't mess around with them.
397   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
398   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
399     for (const User *U : PN->users()) {
400       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
401       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
402         return false;
403       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
404       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
405       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
406       if (UI->getParent() == DestBB) {
407         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
408           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
409             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
410             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
411                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
412               return false;
413           }
414       }
415     }
416   }
417
418   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
419   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
420   // can't merge the block.
421   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
422   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
423
424   // Collect the preds of BB.
425   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
426   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
427     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
428     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
429       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
430   } else {
431     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
432   }
433
434   // Walk the preds of DestBB.
435   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
436     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
437     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
438       BBI = DestBB->begin();
439       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
440         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
441         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
442
443         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
444         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
445           if (V2PN->getParent() == BB)
446             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
447
448         // If there is a conflict, bail out.
449         if (V1 != V2) return false;
450       }
451     }
452   }
453
454   return true;
455 }
456
457
458 /// EliminateMostlyEmptyBlock - Eliminate a basic block that have only phi's and
459 /// an unconditional branch in it.
460 void CodeGenPrepare::EliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
461   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
462   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
463
464   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
465
466   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
467   // just collapse it.
468   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
469     if (SinglePred != DestBB) {
470       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
471       // will need to move BB back to the entry position.
472       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
473       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, nullptr);
474
475       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
476         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
477
478       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
479       return;
480     }
481   }
482
483   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
484   // to handle the new incoming edges it is about to have.
485   PHINode *PN;
486   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
487        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
488     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
489     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
490
491     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
492     // value that dominates BB.
493     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
494     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
495       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
496       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
497         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
498                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
499     } else {
500       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
501       // we will be adding.
502       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
503         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
504           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
505       } else {
506         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
507           PN->addIncoming(InVal, *PI);
508       }
509     }
510   }
511
512   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
513   // DestBB and remove BB.
514   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
515   BB->eraseFromParent();
516   ++NumBlocksElim;
517
518   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
519 }
520
521 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
522 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
523 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
524     const SmallVectorImpl<User *> &AllRelocateCalls,
525     DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> &
526         RelocateInstMap) {
527   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
528   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
529   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
530   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, IntrinsicInst *> RelocateIdxMap;
531   for (auto &U : AllRelocateCalls) {
532     GCRelocateOperands ThisRelocate(U);
533     IntrinsicInst *I = cast<IntrinsicInst>(U);
534     auto K = std::make_pair(ThisRelocate.getBasePtrIndex(),
535                             ThisRelocate.getDerivedPtrIndex());
536     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, I));
537   }
538   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
539     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
540     if (Key.first == Key.second)
541       // Base relocation: nothing to insert
542       continue;
543
544     IntrinsicInst *I = Item.second;
545     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
546
547     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
548     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
549     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
550       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
551       // that, if there are enough derived object relocates.
552       continue;
553
554     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
555   }
556 }
557
558 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
559 // small integer constants
560 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
561                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
562   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
563     // Only accept small constant integer operands
564     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
565     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
566       return false;
567   }
568
569   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
570     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
571   return true;
572 }
573
574 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
575 // replace, computes a replacement, and affects it.
576 static bool
577 simplifyRelocatesOffABase(IntrinsicInst *RelocatedBase,
578                           const SmallVectorImpl<IntrinsicInst *> &Targets) {
579   bool MadeChange = false;
580   for (auto &ToReplace : Targets) {
581     GCRelocateOperands MasterRelocate(RelocatedBase);
582     GCRelocateOperands ThisRelocate(ToReplace);
583
584     assert(ThisRelocate.getBasePtrIndex() == MasterRelocate.getBasePtrIndex() &&
585            "Not relocating a derived object of the original base object");
586     if (ThisRelocate.getBasePtrIndex() == ThisRelocate.getDerivedPtrIndex()) {
587       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
588       continue;
589     }
590
591     Value *Base = ThisRelocate.getBasePtr();
592     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ThisRelocate.getDerivedPtr());
593     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
594       continue;
595
596     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
597     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
598       continue;
599
600     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
601     assert(RelocatedBase->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
602
603     // Insert after RelocatedBase
604     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
605     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
606
607     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
608     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
609     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
610     // cases like this:
611     // bb1:
612     //  ...
613     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
614     //  br label %merge
615     //
616     // bb2:
617     //  ...
618     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
619     //  br label %merge
620     //
621     // merge:
622     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
623     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
624     //
625     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
626     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
627     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
628     Instruction *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
629     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
630       ActualRelocatedBase =
631           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType()));
632     }
633     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
634         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
635     Instruction *ReplacementInst = cast<Instruction>(Replacement);
636     Replacement->takeName(ToReplace);
637     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
638     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
639     Instruction *ActualReplacement = ReplacementInst;
640     if (ReplacementInst->getType() != ToReplace->getType()) {
641       ActualReplacement =
642           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(ReplacementInst, ToReplace->getType()));
643     }
644     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
645     ToReplace->eraseFromParent();
646
647     MadeChange = true;
648   }
649   return MadeChange;
650 }
651
652 // Turns this:
653 //
654 // %base = ...
655 // %ptr = gep %base + 15
656 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
657 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
658 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
659 // %val = load %ptr'
660 //
661 // into this:
662 //
663 // %base = ...
664 // %ptr = gep %base + 15
665 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
666 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
667 // %ptr' = gep %base' + 15
668 // %val = load %ptr'
669 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
670   bool MadeChange = false;
671   SmallVector<User *, 2> AllRelocateCalls;
672
673   for (auto *U : I.users())
674     if (isGCRelocate(dyn_cast<Instruction>(U)))
675       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
676       AllRelocateCalls.push_back(U);
677
678   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
679   // relocation to mangle
680   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
681     return false;
682
683   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
684   // corresponding derived relocate instructions
685   DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> RelocateInstMap;
686   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
687   if (RelocateInstMap.empty())
688     return false;
689
690   for (auto &Item : RelocateInstMap)
691     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
692     // Item.second is the vector of Targets to replace
693     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
694   return MadeChange;
695 }
696
697 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
698 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
699   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
700
701   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
702   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
703
704   bool MadeChange = false;
705   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
706        UI != E; ) {
707     Use &TheUse = UI.getUse();
708     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
709
710     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
711     // appropriate predecessor block.
712     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
713     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
714       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
715     }
716
717     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
718     ++UI;
719
720     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
721     if (UserBB == DefBB) continue;
722
723     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
724     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
725
726     if (!InsertedCast) {
727       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
728       InsertedCast =
729         CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0), CI->getType(), "",
730                          InsertPt);
731     }
732
733     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
734     TheUse = InsertedCast;
735     MadeChange = true;
736     ++NumCastUses;
737   }
738
739   // If we removed all uses, nuke the cast.
740   if (CI->use_empty()) {
741     CI->eraseFromParent();
742     MadeChange = true;
743   }
744
745   return MadeChange;
746 }
747
748 /// OptimizeNoopCopyExpression - If the specified cast instruction is a noop
749 /// copy (e.g. it's casting from one pointer type to another, i32->i8 on PPC),
750 /// sink it into user blocks to reduce the number of virtual
751 /// registers that must be created and coalesced.
752 ///
753 /// Return true if any changes are made.
754 ///
755 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI){
756   // If this is a noop copy,
757   EVT SrcVT = TLI.getValueType(CI->getOperand(0)->getType());
758   EVT DstVT = TLI.getValueType(CI->getType());
759
760   // This is an fp<->int conversion?
761   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
762     return false;
763
764   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
765   // isn't a noop.
766   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
767
768   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
769   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
770   // are.
771   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
772       TargetLowering::TypePromoteInteger)
773     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
774   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
775       TargetLowering::TypePromoteInteger)
776     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
777
778   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
779   if (SrcVT != DstVT)
780     return false;
781
782   return SinkCast(CI);
783 }
784
785 /// CombineUAddWithOverflow - try to combine CI into a call to the
786 /// llvm.uadd.with.overflow intrinsic if possible.
787 ///
788 /// Return true if any changes were made.
789 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
790   Value *A, *B;
791   Instruction *AddI;
792   if (!match(CI,
793              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
794     return false;
795
796   Type *Ty = AddI->getType();
797   if (!isa<IntegerType>(Ty))
798     return false;
799
800   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
801   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
802   // block containing the icmp:
803
804   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
805     return false;
806
807 #ifndef NDEBUG
808   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
809   // for now:
810   if (AddI->hasOneUse())
811     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
812 #endif
813
814   Module *M = CI->getParent()->getParent()->getParent();
815   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
816
817   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
818
819   auto *UAddWithOverflow =
820       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
821   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
822   auto *Overflow =
823       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
824
825   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
826   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
827   CI->eraseFromParent();
828   AddI->eraseFromParent();
829   return true;
830 }
831
832 /// SinkCmpExpression - Sink the given CmpInst into user blocks to reduce
833 /// the number of virtual registers that must be created and coalesced.  This is
834 /// a clear win except on targets with multiple condition code registers
835 ///  (PowerPC), where it might lose; some adjustment may be wanted there.
836 ///
837 /// Return true if any changes are made.
838 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI) {
839   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
840
841   /// InsertedCmp - Only insert a cmp in each block once.
842   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
843
844   bool MadeChange = false;
845   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
846        UI != E; ) {
847     Use &TheUse = UI.getUse();
848     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
849
850     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
851     ++UI;
852
853     // Don't bother for PHI nodes.
854     if (isa<PHINode>(User))
855       continue;
856
857     // Figure out which BB this cmp is used in.
858     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
859
860     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
861     if (UserBB == DefBB) continue;
862
863     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
864     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
865
866     if (!InsertedCmp) {
867       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
868       InsertedCmp =
869         CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
870                         CI->getPredicate(),  CI->getOperand(0),
871                         CI->getOperand(1), "", InsertPt);
872     }
873
874     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
875     TheUse = InsertedCmp;
876     MadeChange = true;
877     ++NumCmpUses;
878   }
879
880   // If we removed all uses, nuke the cmp.
881   if (CI->use_empty()) {
882     CI->eraseFromParent();
883     MadeChange = true;
884   }
885
886   return MadeChange;
887 }
888
889 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
890   if (SinkCmpExpression(CI))
891     return true;
892
893   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
894     return true;
895
896   return false;
897 }
898
899 /// isExtractBitsCandidateUse - Check if the candidates could
900 /// be combined with shift instruction, which includes:
901 /// 1. Truncate instruction
902 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
903 /// imm & (imm+1) == 0
904 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
905   if (!isa<TruncInst>(User)) {
906     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
907         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
908       return false;
909
910     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
911
912     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
913       return false;
914   }
915   return true;
916 }
917
918 /// SinkShiftAndTruncate - sink both shift and truncate instruction
919 /// to the use of truncate's BB.
920 static bool
921 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
922                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
923                      const TargetLowering &TLI) {
924   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
925   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
926   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
927   bool MadeChange = false;
928
929   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
930                             TruncE = TruncI->user_end();
931        TruncUI != TruncE;) {
932
933     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
934     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
935     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
936
937     ++TruncUI;
938
939     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
940     if (!ISDOpcode)
941       continue;
942
943     // If the use is actually a legal node, there will not be an
944     // implicit truncate.
945     // FIXME: always querying the result type is just an
946     // approximation; some nodes' legality is determined by the
947     // operand or other means. There's no good way to find out though.
948     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
949             ISDOpcode, TLI.getValueType(TruncUser->getType(), true)))
950       continue;
951
952     // Don't bother for PHI nodes.
953     if (isa<PHINode>(TruncUser))
954       continue;
955
956     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
957
958     if (UserBB == TruncUserBB)
959       continue;
960
961     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
962     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
963
964     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
965       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
966       // Sink the shift
967       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
968         InsertedShift =
969             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
970       else
971         InsertedShift =
972             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
973
974       // Sink the trunc
975       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
976       TruncInsertPt++;
977
978       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
979                                        TruncI->getType(), "", TruncInsertPt);
980
981       MadeChange = true;
982
983       TruncTheUse = InsertedTrunc;
984     }
985   }
986   return MadeChange;
987 }
988
989 /// OptimizeExtractBits - sink the shift *right* instruction into user blocks if
990 /// the uses could potentially be combined with this shift instruction and
991 /// generate BitExtract instruction. It will only be applied if the architecture
992 /// supports BitExtract instruction. Here is an example:
993 /// BB1:
994 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
995 /// BB2:
996 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
997 /// ==>
998 ///
999 /// BB2:
1000 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1001 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1002 ///
1003 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
1004 /// instruction.
1005 /// Return true if any changes are made.
1006 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1007                                 const TargetLowering &TLI) {
1008   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1009
1010   /// Only insert instructions in each block once.
1011   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1012
1013   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(ShiftI->getType()));
1014
1015   bool MadeChange = false;
1016   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1017        UI != E;) {
1018     Use &TheUse = UI.getUse();
1019     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1020     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1021     ++UI;
1022
1023     // Don't bother for PHI nodes.
1024     if (isa<PHINode>(User))
1025       continue;
1026
1027     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1028       continue;
1029
1030     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1031
1032     if (UserBB == DefBB) {
1033       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1034       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1035       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1036       // instruction to the BB of TruncUse.
1037       // for example:
1038       // BB1:
1039       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1040       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1041       //
1042       // BB2:
1043       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1044       //   not have i16 compare.
1045       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1046       //
1047       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1048           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
1049           // introduced in other basic blocks.
1050           && (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(User->getType()))))
1051         MadeChange =
1052             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI);
1053
1054       continue;
1055     }
1056     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1057     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1058
1059     if (!InsertedShift) {
1060       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1061
1062       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1063         InsertedShift =
1064             BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
1065       else
1066         InsertedShift =
1067             BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI, "", InsertPt);
1068
1069       MadeChange = true;
1070     }
1071
1072     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1073     TheUse = InsertedShift;
1074   }
1075
1076   // If we removed all uses, nuke the shift.
1077   if (ShiftI->use_empty())
1078     ShiftI->eraseFromParent();
1079
1080   return MadeChange;
1081 }
1082
1083 //  ScalarizeMaskedLoad() translates masked load intrinsic, like 
1084 // <16 x i32 > @llvm.masked.load( <16 x i32>* %addr, i32 align,
1085 //                               <16 x i1> %mask, <16 x i32> %passthru)
1086 // to a chain of basic blocks, whith loading element one-by-one if
1087 // the appropriate mask bit is set
1088 // 
1089 //  %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1090 //  %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1091 //  %3 = icmp eq i1 %2, true
1092 //  br i1 %3, label %cond.load, label %else
1093 //
1094 //cond.load:                                        ; preds = %0
1095 //  %4 = getelementptr i32* %1, i32 0
1096 //  %5 = load i32* %4
1097 //  %6 = insertelement <16 x i32> undef, i32 %5, i32 0
1098 //  br label %else
1099 //
1100 //else:                                             ; preds = %0, %cond.load
1101 //  %res.phi.else = phi <16 x i32> [ %6, %cond.load ], [ undef, %0 ]
1102 //  %7 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1103 //  %8 = icmp eq i1 %7, true
1104 //  br i1 %8, label %cond.load1, label %else2
1105 //
1106 //cond.load1:                                       ; preds = %else
1107 //  %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1108 //  %10 = load i32* %9
1109 //  %11 = insertelement <16 x i32> %res.phi.else, i32 %10, i32 1
1110 //  br label %else2
1111 //
1112 //else2:                                            ; preds = %else, %cond.load1
1113 //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1114 //  %12 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 2
1115 //  %13 = icmp eq i1 %12, true
1116 //  br i1 %13, label %cond.load4, label %else5
1117 //
1118 static void ScalarizeMaskedLoad(CallInst *CI) {
1119   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(0);
1120   Value *Src0 = CI->getArgOperand(3);
1121   Value *Mask = CI->getArgOperand(2);
1122   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(CI->getType());
1123   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1124
1125   assert(VecType && "Unexpected return type of masked load intrinsic");
1126
1127   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1128   Instruction *InsertPt = CI;
1129   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1130   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
1131   BasicBlock *PrevIfBlock = CI->getParent();
1132   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1133
1134   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1135
1136   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1137   Type *NewPtrType =
1138     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1139   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1140   Value *UndefVal = UndefValue::get(VecType);
1141
1142   // The result vector
1143   Value *VResult = UndefVal;
1144
1145   PHINode *Phi = nullptr;
1146   Value *PrevPhi = UndefVal;
1147
1148   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1149   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1150
1151     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1152     //
1153     //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1154     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1155     //  %to_load = icmp eq i1 %mask_1, true
1156     //  br i1 %to_load, label %cond.load, label %else
1157     //
1158     if (Idx > 0) {
1159       Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.else");
1160       Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1161       Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1162       PrevPhi = Phi;
1163       VResult = Phi;
1164     }
1165
1166     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1167     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1168                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1169
1170     // Create "cond" block
1171     //
1172     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1173     //  %Elt = load i32* %EltAddr
1174     //  VResult = insertelement <16 x i32> VResult, i32 %Elt, i32 Idx
1175     //
1176     CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.load");
1177     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1178
1179     Value *Gep =
1180         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1181     LoadInst* Load = Builder.CreateLoad(Gep, false);
1182     VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load, Builder.getInt32(Idx));
1183
1184     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1185     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1186     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1187     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1188     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1189     OldBr->eraseFromParent();
1190     PrevIfBlock = IfBlock;
1191     IfBlock = NewIfBlock;
1192   }
1193
1194   Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.select");
1195   Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1196   Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1197   Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, Phi, Src0);
1198   CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1199   CI->eraseFromParent();
1200 }
1201
1202 //  ScalarizeMaskedStore() translates masked store intrinsic, like
1203 // void @llvm.masked.store(<16 x i32> %src, <16 x i32>* %addr, i32 align,
1204 //                               <16 x i1> %mask)
1205 // to a chain of basic blocks, that stores element one-by-one if
1206 // the appropriate mask bit is set
1207 //
1208 //   %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1209 //   %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1210 //   %3 = icmp eq i1 %2, true
1211 //   br i1 %3, label %cond.store, label %else
1212 //
1213 // cond.store:                                       ; preds = %0
1214 //   %4 = extractelement <16 x i32> %val, i32 0
1215 //   %5 = getelementptr i32* %1, i32 0
1216 //   store i32 %4, i32* %5
1217 //   br label %else
1218 // 
1219 // else:                                             ; preds = %0, %cond.store
1220 //   %6 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1221 //   %7 = icmp eq i1 %6, true
1222 //   br i1 %7, label %cond.store1, label %else2
1223 // 
1224 // cond.store1:                                      ; preds = %else
1225 //   %8 = extractelement <16 x i32> %val, i32 1
1226 //   %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1227 //   store i32 %8, i32* %9
1228 //   br label %else2
1229 //   . . .
1230 static void ScalarizeMaskedStore(CallInst *CI) {
1231   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(1);
1232   Value *Src = CI->getArgOperand(0);
1233   Value *Mask = CI->getArgOperand(3);
1234
1235   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(Src->getType());
1236   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1237
1238   assert(VecType && "Unexpected data type in masked store intrinsic");
1239
1240   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1241   Instruction *InsertPt = CI;
1242   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1243   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1244   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1245
1246   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1247   Type *NewPtrType =
1248     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1249   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1250
1251   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1252   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1253
1254     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1255     //
1256     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1257     //  %to_store = icmp eq i1 %mask_1, true
1258     //  br i1 %to_load, label %cond.store, label %else
1259     //
1260     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1261     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1262                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1263
1264     // Create "cond" block
1265     //
1266     //  %OneElt = extractelement <16 x i32> %Src, i32 Idx
1267     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1268     //  %store i32 %OneElt, i32* %EltAddr
1269     //
1270     BasicBlock *CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
1271     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1272     
1273     Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx));
1274     Value *Gep =
1275         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1276     Builder.CreateStore(OneElt, Gep);
1277
1278     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1279     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1280     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1281     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1282     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1283     OldBr->eraseFromParent();
1284     IfBlock = NewIfBlock;
1285   }
1286   CI->eraseFromParent();
1287 }
1288
1289 bool CodeGenPrepare::OptimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT) {
1290   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1291
1292   // Lower inline assembly if we can.
1293   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1294   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1295   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1296     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1297       // Avoid invalidating the iterator.
1298       CurInstIterator = BB->begin();
1299       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1300       // reuse before a value is defined.
1301       SunkAddrs.clear();
1302       return true;
1303     }
1304     // Sink address computing for memory operands into the block.
1305     if (OptimizeInlineAsmInst(CI))
1306       return true;
1307   }
1308
1309   const DataLayout *TD = TLI ? TLI->getDataLayout() : nullptr;
1310
1311   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1312   // idea
1313   unsigned MinSize, PrefAlign;
1314   if (TLI && TD && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1315     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1316       // We want to align both objects whose address is used directly and
1317       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1318       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1319       // if size - offset meets the size threshold.
1320       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1321         continue;
1322       APInt Offset(TD->getPointerSizeInBits(
1323                      cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()), 0);
1324       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*TD, Offset);
1325       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1326       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1327         continue;
1328       AllocaInst *AI;
1329       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) &&
1330           AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1331           TD->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1332         AI->setAlignment(PrefAlign);
1333       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1334       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1335       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1336       // forbidden.
1337       GlobalVariable *GV;
1338       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) &&
1339           GV->hasUniqueInitializer() &&
1340           !GV->hasSection() &&
1341           GV->getAlignment() < PrefAlign &&
1342           TD->getTypeAllocSize(
1343             GV->getType()->getElementType()) >= MinSize + Offset2)
1344         GV->setAlignment(PrefAlign);
1345     }
1346     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1347     // alignment
1348     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1349       unsigned Align = getKnownAlignment(MI->getDest(), *TD);
1350       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
1351         Align = std::min(Align, getKnownAlignment(MTI->getSource(), *TD));
1352       if (Align > MI->getAlignment())
1353         MI->setAlignment(ConstantInt::get(MI->getAlignmentType(), Align));
1354     }
1355   }
1356
1357   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1358   if (II) {
1359     switch (II->getIntrinsicID()) {
1360     default: break;
1361     case Intrinsic::objectsize: {
1362       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1363       bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
1364       Type *ReturnTy = CI->getType();
1365       Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
1366
1367       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
1368       // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
1369       // happens.
1370       WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
1371
1372       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
1373                                     TLInfo, nullptr);
1374
1375       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
1376       // start of the block.
1377       if (IterHandle != CurInstIterator) {
1378         CurInstIterator = BB->begin();
1379         SunkAddrs.clear();
1380       }
1381       return true;
1382     }
1383     case Intrinsic::masked_load: {
1384       // Scalarize unsupported vector masked load
1385       if (!TTI->isLegalMaskedLoad(CI->getType(), 1)) {
1386         ScalarizeMaskedLoad(CI);
1387         ModifiedDT = true;
1388         return true;
1389       }
1390       return false;
1391     }
1392     case Intrinsic::masked_store: {
1393       if (!TTI->isLegalMaskedStore(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1)) {
1394         ScalarizeMaskedStore(CI);
1395         ModifiedDT = true;
1396         return true;
1397       }
1398       return false;
1399     }
1400     }
1401
1402     if (TLI) {
1403       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1404       Type *AccessTy;
1405       if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy))
1406         while (!PtrOps.empty())
1407           if (OptimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy))
1408             return true;
1409     }
1410   }
1411
1412   // From here on out we're working with named functions.
1413   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1414
1415   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1416   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1417   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1418   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1419   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1420   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1421     CI->replaceAllUsesWith(V);
1422     CI->eraseFromParent();
1423     return true;
1424   }
1425   return false;
1426 }
1427
1428 /// DupRetToEnableTailCallOpts - Look for opportunities to duplicate return
1429 /// instructions to the predecessor to enable tail call optimizations. The
1430 /// case it is currently looking for is:
1431 /// @code
1432 /// bb0:
1433 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1434 ///   br label %return
1435 /// bb1:
1436 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1437 ///   br label %return
1438 /// bb2:
1439 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1440 ///   br label %return
1441 /// return:
1442 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1443 ///   ret i32 %retval
1444 /// @endcode
1445 ///
1446 /// =>
1447 ///
1448 /// @code
1449 /// bb0:
1450 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1451 ///   ret i32 %tmp0
1452 /// bb1:
1453 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1454 ///   ret i32 %tmp1
1455 /// bb2:
1456 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1457 ///   ret i32 %tmp2
1458 /// @endcode
1459 bool CodeGenPrepare::DupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1460   if (!TLI)
1461     return false;
1462
1463   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1464   if (!RI)
1465     return false;
1466
1467   PHINode *PN = nullptr;
1468   BitCastInst *BCI = nullptr;
1469   Value *V = RI->getReturnValue();
1470   if (V) {
1471     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1472     if (BCI)
1473       V = BCI->getOperand(0);
1474
1475     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1476     if (!PN)
1477       return false;
1478   }
1479
1480   if (PN && PN->getParent() != BB)
1481     return false;
1482
1483   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
1484   // See llvm::isInTailCallPosition().
1485   const Function *F = BB->getParent();
1486   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
1487   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
1488       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
1489     return false;
1490
1491   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1492   // return is the first instruction in the block.
1493   if (PN) {
1494     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1495     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1496     if (&*BI == BCI)
1497       // Also skip over the bitcast.
1498       ++BI;
1499     if (&*BI != RI)
1500       return false;
1501   } else {
1502     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1503     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1504     if (&*BI != RI)
1505       return false;
1506   }
1507
1508   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1509   /// call.
1510   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1511   if (PN) {
1512     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1513       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1514       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1515       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1516           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1517         TailCalls.push_back(CI);
1518     }
1519   } else {
1520     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1521     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1522       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1523         continue;
1524
1525       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1526       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1527       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1528       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1529       if (RI == RE)
1530         continue;
1531
1532       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1533       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1534         TailCalls.push_back(CI);
1535     }
1536   }
1537
1538   bool Changed = false;
1539   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1540     CallInst *CI = TailCalls[i];
1541     CallSite CS(CI);
1542
1543     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1544     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1545     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1546     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1547           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1548         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1549           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1550       continue;
1551
1552     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1553     // the return block.
1554     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1555     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1556     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1557       continue;
1558
1559     // Duplicate the return into CallBB.
1560     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1561     ModifiedDT = Changed = true;
1562     ++NumRetsDup;
1563   }
1564
1565   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1566   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1567     BB->eraseFromParent();
1568
1569   return Changed;
1570 }
1571
1572 //===----------------------------------------------------------------------===//
1573 // Memory Optimization
1574 //===----------------------------------------------------------------------===//
1575
1576 namespace {
1577
1578 /// ExtAddrMode - This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1579 /// which holds actual Value*'s for register values.
1580 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1581   Value *BaseReg;
1582   Value *ScaledReg;
1583   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1584   void print(raw_ostream &OS) const;
1585   void dump() const;
1586
1587   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1588     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1589            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1590            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1591   }
1592 };
1593
1594 #ifndef NDEBUG
1595 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1596   AM.print(OS);
1597   return OS;
1598 }
1599 #endif
1600
1601 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1602   bool NeedPlus = false;
1603   OS << "[";
1604   if (BaseGV) {
1605     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1606        << "GV:";
1607     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1608     NeedPlus = true;
1609   }
1610
1611   if (BaseOffs) {
1612     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1613        << BaseOffs;
1614     NeedPlus = true;
1615   }
1616
1617   if (BaseReg) {
1618     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1619        << "Base:";
1620     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1621     NeedPlus = true;
1622   }
1623   if (Scale) {
1624     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1625        << Scale << "*";
1626     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1627   }
1628
1629   OS << ']';
1630 }
1631
1632 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1633 void ExtAddrMode::dump() const {
1634   print(dbgs());
1635   dbgs() << '\n';
1636 }
1637 #endif
1638
1639 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1640 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1641 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1642 class TypePromotionTransaction {
1643
1644   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1645   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1646   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1647   class TypePromotionAction {
1648   protected:
1649     /// The Instruction modified.
1650     Instruction *Inst;
1651
1652   public:
1653     /// \brief Constructor of the action.
1654     /// The constructor performs the related action on the IR.
1655     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1656
1657     virtual ~TypePromotionAction() {}
1658
1659     /// \brief Undo the modification done by this action.
1660     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1661     /// before this action was applied.
1662     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1663     /// state as it was directly after this action was applied.
1664     virtual void undo() = 0;
1665
1666     /// \brief Advocate every change made by this action.
1667     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1668     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1669     virtual void commit() {
1670       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1671     }
1672   };
1673
1674   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1675   class InsertionHandler {
1676     /// Position of an instruction.
1677     /// Either an instruction:
1678     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1679     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1680     union {
1681       Instruction *PrevInst;
1682       BasicBlock *BB;
1683     } Point;
1684     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1685     bool HasPrevInstruction;
1686
1687   public:
1688     /// \brief Record the position of \p Inst.
1689     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1690       BasicBlock::iterator It = Inst;
1691       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1692       if (HasPrevInstruction)
1693         Point.PrevInst = --It;
1694       else
1695         Point.BB = Inst->getParent();
1696     }
1697
1698     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1699     void insert(Instruction *Inst) {
1700       if (HasPrevInstruction) {
1701         if (Inst->getParent())
1702           Inst->removeFromParent();
1703         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1704       } else {
1705         Instruction *Position = Point.BB->getFirstInsertionPt();
1706         if (Inst->getParent())
1707           Inst->moveBefore(Position);
1708         else
1709           Inst->insertBefore(Position);
1710       }
1711     }
1712   };
1713
1714   /// \brief Move an instruction before another.
1715   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1716     /// Original position of the instruction.
1717     InsertionHandler Position;
1718
1719   public:
1720     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1721     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1722         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1723       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1724       Inst->moveBefore(Before);
1725     }
1726
1727     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1728     void undo() override {
1729       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1730       Position.insert(Inst);
1731     }
1732   };
1733
1734   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1735   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1736     /// Original operand of the instruction.
1737     Value *Origin;
1738     /// Index of the modified instruction.
1739     unsigned Idx;
1740
1741   public:
1742     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1743     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1744         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1745       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1746                    << "for:" << *Inst << "\n"
1747                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1748       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1749       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1750     }
1751
1752     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1753     void undo() override {
1754       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1755                    << "for: " << *Inst << "\n"
1756                    << "with: " << *Origin << "\n");
1757       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1758     }
1759   };
1760
1761   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1762   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1763   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1764     /// The list of original operands.
1765     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1766
1767   public:
1768     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1769     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1770       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1771       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1772       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1773       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1774         // Save the current operand.
1775         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1776         OriginalValues.push_back(Val);
1777         // Set a dummy one.
1778         // We could use OperandSetter here, but that would implied an overhead
1779         // that we are not willing to pay.
1780         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1781       }
1782     }
1783
1784     /// \brief Restore the original list of uses.
1785     void undo() override {
1786       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1787       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1788         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1789     }
1790   };
1791
1792   /// \brief Build a truncate instruction.
1793   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1794     Value *Val;
1795   public:
1796     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1797     /// result.
1798     /// trunc Opnd to Ty.
1799     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1800       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1801       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
1802       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1803     }
1804
1805     /// \brief Get the built value.
1806     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1807
1808     /// \brief Remove the built instruction.
1809     void undo() override {
1810       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1811       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1812         IVal->eraseFromParent();
1813     }
1814   };
1815
1816   /// \brief Build a sign extension instruction.
1817   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1818     Value *Val;
1819   public:
1820     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1821     /// result.
1822     /// sext Opnd to Ty.
1823     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1824         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1825       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1826       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
1827       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1828     }
1829
1830     /// \brief Get the built value.
1831     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1832
1833     /// \brief Remove the built instruction.
1834     void undo() override {
1835       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1836       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1837         IVal->eraseFromParent();
1838     }
1839   };
1840
1841   /// \brief Build a zero extension instruction.
1842   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
1843     Value *Val;
1844   public:
1845     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1846     /// result.
1847     /// zext Opnd to Ty.
1848     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1849         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1850       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1851       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
1852       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1853     }
1854
1855     /// \brief Get the built value.
1856     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1857
1858     /// \brief Remove the built instruction.
1859     void undo() override {
1860       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1861       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1862         IVal->eraseFromParent();
1863     }
1864   };
1865
1866   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1867   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1868     /// Record the original type.
1869     Type *OrigTy;
1870
1871   public:
1872     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1873     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1874         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1875       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1876                    << "\n");
1877       Inst->mutateType(NewTy);
1878     }
1879
1880     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1881     void undo() override {
1882       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1883                    << "\n");
1884       Inst->mutateType(OrigTy);
1885     }
1886   };
1887
1888   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1889   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1890     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1891     struct InstructionAndIdx {
1892       /// The instruction using the instruction.
1893       Instruction *Inst;
1894       /// The index where this instruction is used for Inst.
1895       unsigned Idx;
1896       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1897           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1898     };
1899
1900     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1901     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1902     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1903
1904   public:
1905     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1906     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1907       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1908                    << "\n");
1909       // Record the original uses.
1910       for (Use &U : Inst->uses()) {
1911         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1912         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1913       }
1914       // Now, we can replace the uses.
1915       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1916     }
1917
1918     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1919     void undo() override {
1920       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1921       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1922                         EndIt = OriginalUses.end();
1923            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1924         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1925       }
1926     }
1927   };
1928
1929   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1930   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1931     /// Original position of the instruction.
1932     InsertionHandler Inserter;
1933     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1934     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1935     OperandsHider Hider;
1936     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1937     UsesReplacer *Replacer;
1938
1939   public:
1940     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1941     /// uses with New.
1942     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1943     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1944         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1945           Replacer(nullptr) {
1946       if (New)
1947         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1948       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1949       Inst->removeFromParent();
1950     }
1951
1952     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
1953
1954     /// \brief Really remove the instruction.
1955     void commit() override { delete Inst; }
1956
1957     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1958     /// new value was provided when build this action.
1959     void undo() override {
1960       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1961       Inserter.insert(Inst);
1962       if (Replacer)
1963         Replacer->undo();
1964       Hider.undo();
1965     }
1966   };
1967
1968 public:
1969   /// Restoration point.
1970   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1971   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1972   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1973   /// Advocate every changes made in that transaction.
1974   void commit();
1975   /// Undo all the changes made after the given point.
1976   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1977   /// Get the current restoration point.
1978   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
1979
1980   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
1981   /// @{
1982   /// Same as Instruction::setOperand.
1983   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
1984   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
1985   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
1986   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
1987   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
1988   /// Same as Value::mutateType.
1989   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
1990   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
1991   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
1992   /// Same as IRBuilder::createSExt.
1993   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1994   /// Same as IRBuilder::createZExt.
1995   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
1996   /// Same as Instruction::moveBefore.
1997   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
1998   /// @}
1999
2000 private:
2001   /// The ordered list of actions made so far.
2002   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2003   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
2004 };
2005
2006 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2007                                           Value *NewVal) {
2008   Actions.push_back(
2009       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
2010 }
2011
2012 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2013                                                 Value *NewVal) {
2014   Actions.push_back(
2015       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
2016 }
2017
2018 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2019                                                   Value *New) {
2020   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2021 }
2022
2023 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2024   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2025 }
2026
2027 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2028                                              Type *Ty) {
2029   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2030   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2031   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2032   return Val;
2033 }
2034
2035 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2036                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2037   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2038   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2039   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2040   return Val;
2041 }
2042
2043 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2044                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2045   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2046   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2047   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2048   return Val;
2049 }
2050
2051 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2052                                           Instruction *Before) {
2053   Actions.push_back(
2054       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
2055 }
2056
2057 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2058 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2059   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2060 }
2061
2062 void TypePromotionTransaction::commit() {
2063   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2064        ++It)
2065     (*It)->commit();
2066   Actions.clear();
2067 }
2068
2069 void TypePromotionTransaction::rollback(
2070     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2071   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2072     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2073     Curr->undo();
2074   }
2075 }
2076
2077 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
2078 ///
2079 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2080 class AddressingModeMatcher {
2081   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2082   const TargetMachine &TM;
2083   const TargetLowering &TLI;
2084
2085   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2086   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2087   Type *AccessTy;
2088   Instruction *MemoryInst;
2089
2090   /// AddrMode - This is the addressing mode that we're building up.  This is
2091   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2092   ExtAddrMode &AddrMode;
2093
2094   /// The truncate instruction inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2095   const SetOfInstrs &InsertedTruncs;
2096   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2097   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2098   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2099   TypePromotionTransaction &TPT;
2100
2101   /// IgnoreProfitability - This is set to true when we should not do
2102   /// profitability checks.  When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode
2103   /// always returns true.
2104   bool IgnoreProfitability;
2105
2106   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI,
2107                         const TargetMachine &TM, Type *AT, Instruction *MI,
2108                         ExtAddrMode &AM, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
2109                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2110                         TypePromotionTransaction &TPT)
2111       : AddrModeInsts(AMI), TM(TM),
2112         TLI(*TM.getSubtargetImpl(*MI->getParent()->getParent())
2113                  ->getTargetLowering()),
2114         AccessTy(AT), MemoryInst(MI), AddrMode(AM),
2115         InsertedTruncs(InsertedTruncs), PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
2116     IgnoreProfitability = false;
2117   }
2118 public:
2119
2120   /// Match - Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2121   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2122   /// instructions in AddrModeInsts.
2123   /// \p InsertedTruncs The truncate instruction inserted by other
2124   /// CodeGenPrepare
2125   /// optimizations.
2126   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2127   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2128   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy,
2129                            Instruction *MemoryInst,
2130                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
2131                            const TargetMachine &TM,
2132                            const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
2133                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2134                            TypePromotionTransaction &TPT) {
2135     ExtAddrMode Result;
2136
2137     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TM, AccessTy,
2138                                          MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
2139                                          PromotedInsts, TPT).MatchAddr(V, 0);
2140     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2141     return Result;
2142   }
2143 private:
2144   bool MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2145   bool MatchAddr(Value *V, unsigned Depth);
2146   bool MatchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2147                           bool *MovedAway = nullptr);
2148   bool IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2149                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2150                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2151   bool ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2152   bool IsPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2153                              Value *PromotedOperand) const;
2154 };
2155
2156 /// MatchScaledValue - Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
2157 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
2158 /// false if not.
2159 bool AddressingModeMatcher::MatchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
2160                                              unsigned Depth) {
2161   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
2162   // mode.  Just process that directly.
2163   if (Scale == 1)
2164     return MatchAddr(ScaleReg, Depth);
2165
2166   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
2167   if (Scale == 0)
2168     return true;
2169
2170   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
2171   // need an available scale field.
2172   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
2173     return false;
2174
2175   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
2176
2177   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
2178   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
2179   TestAddrMode.Scale += Scale;
2180   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
2181
2182   // If the new address isn't legal, bail out.
2183   if (!TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy))
2184     return false;
2185
2186   // It was legal, so commit it.
2187   AddrMode = TestAddrMode;
2188
2189   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
2190   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
2191   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
2192   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
2193   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
2194       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
2195     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
2196     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
2197
2198     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
2199     // this instruction.
2200     if (TLI.isLegalAddressingMode(TestAddrMode, AccessTy)) {
2201       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
2202       AddrMode = TestAddrMode;
2203       return true;
2204     }
2205   }
2206
2207   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
2208   return true;
2209 }
2210
2211 /// MightBeFoldableInst - This is a little filter, which returns true if an
2212 /// addressing computation involving I might be folded into a load/store
2213 /// accessing it.  This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
2214 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
2215 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
2216   switch (I->getOpcode()) {
2217   case Instruction::BitCast:
2218   case Instruction::AddrSpaceCast:
2219     // Don't touch identity bitcasts.
2220     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
2221       return false;
2222     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
2223   case Instruction::PtrToInt:
2224     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2225     return true;
2226   case Instruction::IntToPtr:
2227     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
2228     return true;
2229   case Instruction::Add:
2230     return true;
2231   case Instruction::Mul:
2232   case Instruction::Shl:
2233     // Can only handle X*C and X << C.
2234     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
2235   case Instruction::GetElementPtr:
2236     return true;
2237   default:
2238     return false;
2239   }
2240 }
2241
2242 /// \brief Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
2243 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
2244 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
2245 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
2246 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI, Value *Val) {
2247   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
2248   if (!PromotedInst)
2249     return false;
2250   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
2251   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
2252   if (!ISDOpcode)
2253     return true;
2254   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
2255   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
2256       ISDOpcode, TLI.getValueType(PromotedInst->getType()));
2257 }
2258
2259 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
2260 class TypePromotionHelper {
2261   /// \brief Utility function to check whether or not a sign or zero extension
2262   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
2263   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
2264   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
2265   /// In other words, check if:
2266   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
2267   /// #1 Promotion applies:
2268   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
2269   /// #2 Operand reuses:
2270   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
2271   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2272   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
2273                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
2274
2275   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
2276   /// promoting \p Inst.
2277   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
2278     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
2279       return false;
2280     return true;
2281   }
2282
2283   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2284   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
2285   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2286   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
2287   /// created to promote the operand of Ext.
2288   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2289   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2290   /// Should never be called directly.
2291   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2292   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2293       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2294       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2295       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2296       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
2297
2298   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2299   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
2300   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2301   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
2302   /// created to promote the operand of Ext.
2303   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2304   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2305   /// Should never be called directly.
2306   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2307   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
2308                                        TypePromotionTransaction &TPT,
2309                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2310                                        unsigned &CreatedInstsCost,
2311                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2312                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2313                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
2314
2315   /// \see promoteOperandForOther.
2316   static Value *signExtendOperandForOther(
2317       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2318       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2319       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2320       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2321     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2322                                   Exts, Truncs, TLI, true);
2323   }
2324
2325   /// \see promoteOperandForOther.
2326   static Value *zeroExtendOperandForOther(
2327       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2328       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2329       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2330       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2331     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2332                                   Exts, Truncs, TLI, false);
2333   }
2334
2335 public:
2336   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
2337   typedef Value *(*Action)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2338                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2339                            unsigned &CreatedInstsCost,
2340                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2341                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2342                            const TargetLowering &TLI);
2343   /// \brief Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the approriate
2344   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
2345   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
2346   /// sign extension.
2347   /// \p InsertedTruncs keeps track of all the truncate instructions inserted by
2348   /// the others CodeGenPrepare optimizations. This information is important
2349   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
2350   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
2351   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2352   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
2353                           const TargetLowering &TLI,
2354                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
2355 };
2356
2357 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
2358                                         Type *ConsideredExtType,
2359                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2360                                         bool IsSExt) {
2361   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
2362   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
2363   // statically extend, e.g., constants and such.
2364   if (Inst->getType()->isVectorTy())
2365     return false;
2366
2367   // We can always get through zext.
2368   if (isa<ZExtInst>(Inst))
2369     return true;
2370
2371   // sext(sext) is ok too.
2372   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
2373     return true;
2374
2375   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
2376   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
2377   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
2378   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
2379       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
2380        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
2381     return true;
2382
2383   // Check if we can do the following simplification.
2384   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
2385   if (!isa<TruncInst>(Inst))
2386     return false;
2387
2388   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
2389   // Check if we can use this operand in the extension.
2390   // If the type is larger than the result type of the extension,
2391   // we cannot.
2392   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
2393       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
2394           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
2395     return false;
2396
2397   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
2398   // any information on the dropped bits.
2399   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
2400   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
2401   if (!Opnd)
2402     return false;
2403
2404   // Check if the source of the type is narrow enough.
2405   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
2406   // the extension.
2407   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
2408   const Type *OpndType;
2409   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
2410   if (It != PromotedInsts.end() && It->second.IsSExt == IsSExt)
2411     OpndType = It->second.Ty;
2412   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
2413     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
2414   else
2415     return false;
2416
2417   // #2 check that the truncate just drop extended bits.
2418   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
2419     return true;
2420
2421   return false;
2422 }
2423
2424 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
2425     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedTruncs,
2426     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
2427   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
2428          "Unexpected instruction type");
2429   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2430   Type *ExtTy = Ext->getType();
2431   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
2432   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
2433   // get through.
2434   // If it, check we can get through.
2435   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
2436     return nullptr;
2437
2438   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
2439   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
2440   // redone, thus causing potential infinite loop.
2441   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedTruncs.count(ExtOpnd))
2442     return nullptr;
2443
2444   // SExt or Trunc instructions.
2445   // Return the related handler.
2446   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
2447       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
2448     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
2449
2450   // Regular instruction.
2451   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
2452   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
2453     return nullptr;
2454   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
2455 }
2456
2457 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2458     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
2459     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2460     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2461     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2462   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
2463   // get through it and this method should not be called.
2464   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
2465   Value *ExtVal = SExt;
2466   bool HasMergedNonFreeExt = false;
2467   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
2468     // Replace s|zext(zext(opnd))
2469     // => zext(opnd).
2470     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
2471     Value *ZExt =
2472         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
2473     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
2474     TPT.eraseInstruction(SExt);
2475     ExtVal = ZExt;
2476   } else {
2477     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
2478     // => z|sext(opnd).
2479     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
2480   }
2481   CreatedInstsCost = 0;
2482
2483   // Remove dead code.
2484   if (SExtOpnd->use_empty())
2485     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
2486
2487   // Check if the extension is still needed.
2488   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
2489   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
2490     if (ExtInst) {
2491       if (Exts)
2492         Exts->push_back(ExtInst);
2493       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
2494     }
2495     return ExtVal;
2496   }
2497
2498   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
2499   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
2500   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
2501   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
2502   return NextVal;
2503 }
2504
2505 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
2506     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2507     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2508     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2509     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
2510     bool IsSExt) {
2511   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
2512   // get through it and this method should not be called.
2513   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2514   CreatedInstsCost = 0;
2515   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
2516     // ExtOpnd will be promoted.
2517     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
2518     // promoted version.
2519     // Create the truncate now.
2520     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
2521     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
2522       ITrunc->removeFromParent();
2523       // Insert it just after the definition.
2524       ITrunc->insertAfter(ExtOpnd);
2525       if (Truncs)
2526         Truncs->push_back(ITrunc);
2527     }
2528
2529     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
2530     // Restore the operand of Ext (which has been replace by the previous call
2531     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
2532     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
2533   }
2534
2535   // Get through the Instruction:
2536   // 1. Update its type.
2537   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
2538   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
2539
2540   // Remember the original type of the instruction before promotion.
2541   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
2542   PromotedInsts.insert(std::pair<Instruction *, TypeIsSExt>(
2543       ExtOpnd, TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), IsSExt)));
2544   // Step #1.
2545   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
2546   // Step #2.
2547   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
2548   // Step #3.
2549   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
2550
2551   DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
2552   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
2553        ++OpIdx) {
2554     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
2555     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
2556         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
2557       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
2558       continue;
2559     }
2560     // Check if we can statically extend the operand.
2561     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
2562     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
2563       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2564       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
2565       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
2566                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
2567       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
2568       continue;
2569     }
2570     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
2571     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
2572       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2573       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
2574       continue;
2575     }
2576
2577     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
2578     // Check if Ext was reused to extend an operand.
2579     if (!ExtForOpnd) {
2580       // If yes, create a new one.
2581       DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
2582       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
2583         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
2584       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
2585         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
2586         continue;
2587       }
2588       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
2589     }
2590     if (Exts)
2591       Exts->push_back(ExtForOpnd);
2592     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
2593
2594     // Move the sign extension before the insertion point.
2595     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
2596     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
2597     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
2598     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
2599     ExtForOpnd = nullptr;
2600   }
2601   if (ExtForOpnd == Ext) {
2602     DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
2603     TPT.eraseInstruction(Ext);
2604   }
2605   return ExtOpnd;
2606 }
2607
2608 /// IsPromotionProfitable - Check whether or not promoting an instruction
2609 /// to a wider type was profitable.
2610 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
2611 /// promotion.
2612 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
2613 /// plus the number of instructions that have been
2614 /// matched in the addressing mode the promotion.
2615 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
2616 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
2617 bool AddressingModeMatcher::IsPromotionProfitable(
2618     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
2619   DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost << '\n');
2620   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
2621   // old extension plus what we folded.
2622   // This is not profitable.
2623   if (NewCost > OldCost)
2624     return false;
2625   if (NewCost < OldCost)
2626     return true;
2627   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
2628   // loads for instance.
2629   // Check that we did not create an illegal instruction.
2630   return isPromotedInstructionLegal(TLI, PromotedOperand);
2631 }
2632
2633 /// MatchOperationAddr - Given an instruction or constant expr, see if we can
2634 /// fold the operation into the addressing mode.  If so, update the addressing
2635 /// mode and return true, otherwise return false without modifying AddrMode.
2636 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
2637 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
2638 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
2639 /// because it has been moved away.
2640 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
2641 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
2642 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
2643 /// not be referenced anymore.
2644 bool AddressingModeMatcher::MatchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
2645                                                unsigned Depth,
2646                                                bool *MovedAway) {
2647   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
2648   if (Depth >= 5) return false;
2649
2650   // By default, all matched instructions stay in place.
2651   if (MovedAway)
2652     *MovedAway = false;
2653
2654   switch (Opcode) {
2655   case Instruction::PtrToInt:
2656     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2657     return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2658   case Instruction::IntToPtr:
2659     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
2660     if (TLI.getValueType(AddrInst->getOperand(0)->getType()) ==
2661         TLI.getPointerTy(AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace()))
2662       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2663     return false;
2664   case Instruction::BitCast:
2665   case Instruction::AddrSpaceCast:
2666     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
2667     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
2668     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
2669          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
2670         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2671         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2672         // is doing.
2673         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2674       return MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2675     return false;
2676   case Instruction::Add: {
2677     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2678     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2679     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2680     // Start a transaction at this point.
2681     // The LHS may match but not the RHS.
2682     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2683     // matched operation.
2684     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2685         TPT.getRestorationPoint();
2686
2687     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2688         MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2689       return true;
2690
2691     // Restore the old addr mode info.
2692     AddrMode = BackupAddrMode;
2693     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2694     TPT.rollback(LastKnownGood);
2695
2696     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2697     if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2698         MatchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2699       return true;
2700
2701     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2702     AddrMode = BackupAddrMode;
2703     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2704     TPT.rollback(LastKnownGood);
2705     break;
2706   }
2707   //case Instruction::Or:
2708   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2709   //break;
2710   case Instruction::Mul:
2711   case Instruction::Shl: {
2712     // Can only handle X*C and X << C.
2713     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2714     if (!RHS)
2715       return false;
2716     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2717     if (Opcode == Instruction::Shl)
2718       Scale = 1LL << Scale;
2719
2720     return MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2721   }
2722   case Instruction::GetElementPtr: {
2723     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2724     // one variable offset.
2725     int VariableOperand = -1;
2726     unsigned VariableScale = 0;
2727
2728     int64_t ConstantOffset = 0;
2729     const DataLayout *TD = TLI.getDataLayout();
2730     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2731     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2732       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2733         const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
2734         unsigned Idx =
2735           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2736         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2737       } else {
2738         uint64_t TypeSize = TD->getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2739         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2740           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2741         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2742           // We only allow one variable index at the moment.
2743           if (VariableOperand != -1)
2744             return false;
2745
2746           // Remember the variable index.
2747           VariableOperand = i;
2748           VariableScale = TypeSize;
2749         }
2750       }
2751     }
2752
2753     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2754     // just add it to the disp field and check validity.
2755     if (VariableOperand == -1) {
2756       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2757       if (ConstantOffset == 0 || TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy)){
2758         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2759         if (MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2760           return true;
2761       }
2762       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2763       return false;
2764     }
2765
2766     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2767     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2768     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2769
2770     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2771     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2772
2773     // Match the base operand of the GEP.
2774     if (!MatchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2775       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2776       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2777         AddrMode = BackupAddrMode;
2778         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2779         return false;
2780       }
2781       AddrMode.HasBaseReg = true;
2782       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2783     }
2784
2785     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2786     if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2787                           Depth)) {
2788       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2789       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2790       AddrMode = BackupAddrMode;
2791       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2792       if (AddrMode.HasBaseReg)
2793         return false;
2794       AddrMode.HasBaseReg = true;
2795       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2796       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2797       if (!MatchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2798                             VariableScale, Depth)) {
2799         // If even that didn't work, bail.
2800         AddrMode = BackupAddrMode;
2801         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2802         return false;
2803       }
2804     }
2805
2806     return true;
2807   }
2808   case Instruction::SExt:
2809   case Instruction::ZExt: {
2810     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
2811     if (!Ext)
2812       return false;
2813
2814     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
2815     // Ask for a method for doing so.
2816     TypePromotionHelper::Action TPH =
2817         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedTruncs, TLI, PromotedInsts);
2818     if (!TPH)
2819       return false;
2820
2821     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2822         TPT.getRestorationPoint();
2823     unsigned CreatedInstsCost = 0;
2824     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
2825     Value *PromotedOperand =
2826         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
2827     // SExt has been moved away.
2828     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2829     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2830     // E.g.,
2831     // op = add opnd, 1
2832     // idx = ext op
2833     // addr = gep base, idx
2834     // is now:
2835     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
2836     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2837     // addr = gep base, op                <- match
2838     if (MovedAway)
2839       *MovedAway = true;
2840
2841     assert(PromotedOperand &&
2842            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2843
2844     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2845     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2846
2847     if (!MatchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2848         // The total of the new cost is equals to the cost of the created
2849         // instructions.
2850         // The total of the old cost is equals to the cost of the extension plus
2851         // what we have saved in the addressing mode.
2852         !IsPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
2853                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
2854                                PromotedOperand)) {
2855       AddrMode = BackupAddrMode;
2856       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2857       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2858       TPT.rollback(LastKnownGood);
2859       return false;
2860     }
2861     return true;
2862   }
2863   }
2864   return false;
2865 }
2866
2867 /// MatchAddr - If we can, try to add the value of 'Addr' into the current
2868 /// addressing mode.  If Addr can't be added to AddrMode this returns false and
2869 /// leaves AddrMode unmodified.  This assumes that Addr is either a pointer type
2870 /// or intptr_t for the target.
2871 ///
2872 bool AddressingModeMatcher::MatchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2873   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2874   // fails.
2875   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2876       TPT.getRestorationPoint();
2877   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2878     // Fold in immediates if legal for the target.
2879     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2880     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2881       return true;
2882     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2883   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2884     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2885     if (!AddrMode.BaseGV) {
2886       AddrMode.BaseGV = GV;
2887       if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2888         return true;
2889       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2890     }
2891   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2892     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2893     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2894
2895     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2896     bool MovedAway = false;
2897     if (MatchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2898       // This instruction may have been move away. If so, there is nothing
2899       // to check here.
2900       if (MovedAway)
2901         return true;
2902       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2903       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2904       // register pressure too much.
2905       if (I->hasOneUse() ||
2906           IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2907         AddrModeInsts.push_back(I);
2908         return true;
2909       }
2910
2911       // It isn't profitable to do this, roll back.
2912       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2913       AddrMode = BackupAddrMode;
2914       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2915       TPT.rollback(LastKnownGood);
2916     }
2917   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2918     if (MatchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2919       return true;
2920     TPT.rollback(LastKnownGood);
2921   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2922     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2923     return true;
2924   }
2925
2926   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2927   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2928     AddrMode.HasBaseReg = true;
2929     AddrMode.BaseReg = Addr;
2930     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2931     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2932       return true;
2933     AddrMode.HasBaseReg = false;
2934     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2935   }
2936
2937   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2938   if (AddrMode.Scale == 0) {
2939     AddrMode.Scale = 1;
2940     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2941     if (TLI.isLegalAddressingMode(AddrMode, AccessTy))
2942       return true;
2943     AddrMode.Scale = 0;
2944     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2945   }
2946   // Couldn't match.
2947   TPT.rollback(LastKnownGood);
2948   return false;
2949 }
2950
2951 /// IsOperandAMemoryOperand - Check to see if all uses of OpVal by the specified
2952 /// inline asm call are due to memory operands.  If so, return true, otherwise
2953 /// return false.
2954 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2955                                     const TargetMachine &TM) {
2956   const Function *F = CI->getParent()->getParent();
2957   const TargetLowering *TLI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getTargetLowering();
2958   const TargetRegisterInfo *TRI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getRegisterInfo();
2959   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
2960       TLI->ParseConstraints(TRI, ImmutableCallSite(CI));
2961   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2962     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2963
2964     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2965     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2966
2967     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
2968     // operand, we can't fold it!
2969     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
2970         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
2971          !OpInfo.isIndirect))
2972       return false;
2973   }
2974
2975   return true;
2976 }
2977
2978 /// FindAllMemoryUses - Recursively walk all the uses of I until we find a
2979 /// memory use.  If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
2980 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
2981 static bool FindAllMemoryUses(
2982     Instruction *I,
2983     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
2984     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetMachine &TM) {
2985   // If we already considered this instruction, we're done.
2986   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
2987     return false;
2988
2989   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
2990   if (!MightBeFoldableInst(I))
2991     return true;
2992
2993   // Loop over all the uses, recursively processing them.
2994   for (Use &U : I->uses()) {
2995     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2996
2997     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
2998       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
2999       continue;
3000     }
3001
3002     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
3003       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3004       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
3005       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
3006       continue;
3007     }
3008
3009     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
3010       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
3011       if (!IA) return true;
3012
3013       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
3014       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TM))
3015         return true;
3016       continue;
3017     }
3018
3019     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3020       return true;
3021   }
3022
3023   return false;
3024 }
3025
3026 /// ValueAlreadyLiveAtInst - Retrn true if Val is already known to be live at
3027 /// the use site that we're folding it into.  If so, there is no cost to
3028 /// include it in the addressing mode.  KnownLive1 and KnownLive2 are two values
3029 /// that we know are live at the instruction already.
3030 bool AddressingModeMatcher::ValueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
3031                                                    Value *KnownLive2) {
3032   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
3033   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
3034     return true;
3035
3036   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
3037   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
3038
3039   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
3040   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
3041   // live for the whole function.
3042   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
3043     if (AI->isStaticAlloca())
3044       return true;
3045
3046   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
3047   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
3048   // can reasonably fold it.
3049   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
3050 }
3051
3052 /// IsProfitableToFoldIntoAddressingMode - It is possible for the addressing
3053 /// mode of the machine to fold the specified instruction into a load or store
3054 /// that ultimately uses it.  However, the specified instruction has multiple
3055 /// uses.  Given this, it may actually increase register pressure to fold it
3056 /// into the load.  For example, consider this code:
3057 ///
3058 ///     X = ...
3059 ///     Y = X+1
3060 ///     use(Y)   -> nonload/store
3061 ///     Z = Y+1
3062 ///     load Z
3063 ///
3064 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
3065 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
3066 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
3067 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
3068 /// number of computations either.
3069 ///
3070 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
3071 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
3072 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
3073 bool AddressingModeMatcher::
3074 IsProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
3075                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
3076   if (IgnoreProfitability) return true;
3077
3078   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
3079   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
3080   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
3081   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
3082   // address extends the lifetime of.
3083   //
3084   // Note that there are only two potential values being referenced here,
3085   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
3086   // folded immediates).
3087   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
3088
3089   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
3090   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
3091   if (ValueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3092     BaseReg = nullptr;
3093   if (ValueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3094     ScaledReg = nullptr;
3095
3096   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
3097   // ranges, we're ok with it.
3098   if (!BaseReg && !ScaledReg)
3099     return true;
3100
3101   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
3102   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
3103   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
3104   // uses.
3105   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
3106   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
3107   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3108     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
3109
3110   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
3111   // computation involving only operations that could theoretically be folded
3112   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
3113   // *actually* fold the instruction.
3114   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
3115   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
3116     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
3117     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
3118
3119     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
3120     // know what it accesses.
3121     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
3122     if (!Address->getType()->isPointerTy())
3123       return false;
3124     Type *AddressAccessTy = Address->getType()->getPointerElementType();
3125
3126     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
3127     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
3128     // *actually* cover the shared instruction.
3129     ExtAddrMode Result;
3130     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3131         TPT.getRestorationPoint();
3132     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TM, AddressAccessTy,
3133                                   MemoryInst, Result, InsertedTruncs,
3134                                   PromotedInsts, TPT);
3135     Matcher.IgnoreProfitability = true;
3136     bool Success = Matcher.MatchAddr(Address, 0);
3137     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
3138
3139     // The match was to check the profitability, the changes made are not
3140     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
3141     // otherwise the original matcher will not present the right state.
3142     TPT.rollback(LastKnownGood);
3143
3144     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
3145     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
3146                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
3147       return false;
3148
3149     MatchedAddrModeInsts.clear();
3150   }
3151
3152   return true;
3153 }
3154
3155 } // end anonymous namespace
3156
3157 /// IsNonLocalValue - Return true if the specified values are defined in a
3158 /// different basic block than BB.
3159 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
3160   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3161     return I->getParent() != BB;
3162   return false;
3163 }
3164
3165 /// OptimizeMemoryInst - Load and Store Instructions often have
3166 /// addressing modes that can do significant amounts of computation.  As such,
3167 /// instruction selection will try to get the load or store to do as much
3168 /// computation as possible for the program.  The problem is that isel can only
3169 /// see within a single block.  As such, we sink as much legal addressing mode
3170 /// stuff into the block as possible.
3171 ///
3172 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
3173 /// operands.
3174 bool CodeGenPrepare::OptimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
3175                                         Type *AccessTy) {
3176   Value *Repl = Addr;
3177
3178   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
3179   // unprofitable PRE transformations.
3180   SmallVector<Value*, 8> worklist;
3181   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
3182   worklist.push_back(Addr);
3183
3184   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
3185   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
3186   // are equivalent.
3187   Value *Consensus = nullptr;
3188   unsigned NumUsesConsensus = 0;
3189   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
3190   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
3191   ExtAddrMode AddrMode;
3192   TypePromotionTransaction TPT;
3193   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3194       TPT.getRestorationPoint();
3195   while (!worklist.empty()) {
3196     Value *V = worklist.back();
3197     worklist.pop_back();
3198
3199     // Break use-def graph loops.
3200     if (!Visited.insert(V).second) {
3201       Consensus = nullptr;
3202       break;
3203     }
3204
3205     // For a PHI node, push all of its incoming values.
3206     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3207       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
3208         worklist.push_back(IncValue);
3209       continue;
3210     }
3211
3212     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
3213     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
3214     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
3215         V, AccessTy, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TM, InsertedTruncsSet,
3216         PromotedInsts, TPT);
3217
3218     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
3219     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
3220     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
3221     // regression.
3222     if (!Consensus) {
3223       Consensus = V;
3224       AddrMode = NewAddrMode;
3225       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3226       continue;
3227     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
3228       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
3229         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
3230         IsNumUsesConsensusValid = true;
3231       }
3232
3233       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
3234       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
3235       // such root as representative, select the one with the most uses in order
3236       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
3237       // applicable.
3238       unsigned NumUses = V->getNumUses();
3239       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
3240         Consensus = V;
3241         NumUsesConsensus = NumUses;
3242         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3243       }
3244       continue;
3245     }
3246
3247     Consensus = nullptr;
3248     break;
3249   }
3250
3251   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
3252   // ones were determined, bail out now.
3253   if (!Consensus) {
3254     TPT.rollback(LastKnownGood);
3255     return false;
3256   }
3257   TPT.commit();
3258
3259   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
3260   // non-local to I's BB.
3261   bool AnyNonLocal = false;
3262   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
3263     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
3264       AnyNonLocal = true;
3265       break;
3266     }
3267   }
3268
3269   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
3270   if (!AnyNonLocal) {
3271     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
3272     return false;
3273   }
3274
3275   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
3276   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
3277   // guaranteed to happen later.
3278   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
3279
3280   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
3281   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
3282   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
3283   // computation.
3284   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
3285   if (SunkAddr) {
3286     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3287                  << *MemoryInst << "\n");
3288     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3289       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3290   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
3291              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM &&
3292               TM->getSubtargetImpl(*MemoryInst->getParent()->getParent())
3293                   ->useAA())) {
3294     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
3295     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
3296     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3297                  << *MemoryInst << "\n");
3298     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
3299     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
3300
3301     // First, find the pointer.
3302     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
3303       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
3304       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3305     }
3306
3307     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
3308       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
3309       // pointer (both of which seem meaningless).
3310       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
3311         return false;
3312
3313       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
3314       AddrMode.Scale = 0;
3315     }
3316
3317     if (AddrMode.BaseGV) {
3318       if (ResultPtr)
3319         return false;
3320
3321       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
3322     }
3323
3324     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
3325     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
3326     // use it here.
3327     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
3328       ResultPtr =
3329         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3330       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3331     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
3332       ResultPtr =
3333         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3334       AddrMode.Scale = 0;
3335     }
3336
3337     if (!ResultPtr &&
3338         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
3339       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3340     } else if (!ResultPtr) {
3341       return false;
3342     } else {
3343       Type *I8PtrTy =
3344           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
3345       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
3346
3347       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3348       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3349       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3350       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3351       // we'd end up sinking both muls.
3352       if (AddrMode.BaseReg) {
3353         Value *V = AddrMode.BaseReg;
3354         if (V->getType() != IntPtrTy)
3355           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3356
3357         ResultIndex = V;
3358       }
3359
3360       // Add the scale value.
3361       if (AddrMode.Scale) {
3362         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3363         if (V->getType() == IntPtrTy) {
3364           // done.
3365         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3366                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3367           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3368         } else {
3369           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3370           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3371           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3372           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3373           // do not match instead of extending it.
3374           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
3375           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
3376             I->eraseFromParent();
3377           return false;
3378         }
3379
3380         if (AddrMode.Scale != 1)
3381           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3382                                 "sunkaddr");
3383         if (ResultIndex)
3384           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
3385         else
3386           ResultIndex = V;
3387       }
3388
3389       // Add in the Base Offset if present.
3390       if (AddrMode.BaseOffs) {
3391         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3392         if (ResultIndex) {
3393           // We need to add this separately from the scale above to help with
3394           // SDAG consecutive load/store merging.
3395           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3396             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3397           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3398         }
3399
3400         ResultIndex = V;
3401       }
3402
3403       if (!ResultIndex) {
3404         SunkAddr = ResultPtr;
3405       } else {
3406         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3407           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3408         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3409       }
3410
3411       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3412         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3413     }
3414   } else {
3415     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3416                  << *MemoryInst << "\n");
3417     Type *IntPtrTy = TLI->getDataLayout()->getIntPtrType(Addr->getType());
3418     Value *Result = nullptr;
3419
3420     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3421     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3422     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3423     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3424     // we'd end up sinking both muls.
3425     if (AddrMode.BaseReg) {
3426       Value *V = AddrMode.BaseReg;
3427       if (V->getType()->isPointerTy())
3428         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3429       if (V->getType() != IntPtrTy)
3430         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3431       Result = V;
3432     }
3433
3434     // Add the scale value.
3435     if (AddrMode.Scale) {
3436       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3437       if (V->getType() == IntPtrTy) {
3438         // done.
3439       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
3440         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3441       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3442                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3443         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3444       } else {
3445         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3446         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3447         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3448         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3449         // do not match instead of extending it.
3450         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
3451         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
3452           I->eraseFromParent();
3453         return false;
3454       }
3455       if (AddrMode.Scale != 1)
3456         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3457                               "sunkaddr");
3458       if (Result)
3459         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3460       else
3461         Result = V;
3462     }
3463
3464     // Add in the BaseGV if present.
3465     if (AddrMode.BaseGV) {
3466       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
3467       if (Result)
3468         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3469       else
3470         Result = V;
3471     }
3472
3473     // Add in the Base Offset if present.
3474     if (AddrMode.BaseOffs) {
3475       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3476       if (Result)
3477         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3478       else
3479         Result = V;
3480     }
3481
3482     if (!Result)
3483       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3484     else
3485       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
3486   }
3487
3488   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
3489
3490   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
3491   // using it.
3492   if (Repl->use_empty()) {
3493     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
3494     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
3495     WeakVH IterHandle(CurInstIterator);
3496     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
3497
3498     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
3499
3500     if (IterHandle != CurInstIterator) {
3501       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
3502       // start of the block.
3503       CurInstIterator = BB->begin();
3504       SunkAddrs.clear();
3505     }
3506   }
3507   ++NumMemoryInsts;
3508   return true;
3509 }
3510
3511 /// OptimizeInlineAsmInst - If there are any memory operands, use
3512 /// OptimizeMemoryInst to sink their address computing into the block when
3513 /// possible / profitable.
3514 bool CodeGenPrepare::OptimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
3515   bool MadeChange = false;
3516
3517   const TargetRegisterInfo *TRI =
3518       TM->getSubtargetImpl(*CS->getParent()->getParent())->getRegisterInfo();
3519   TargetLowering::AsmOperandInfoVector
3520     TargetConstraints = TLI->ParseConstraints(TRI, CS);
3521   unsigned ArgNo = 0;
3522   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3523     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3524
3525     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3526     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3527
3528     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
3529         OpInfo.isIndirect) {
3530       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
3531       MadeChange |= OptimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType());
3532     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
3533       ArgNo++;
3534   }
3535
3536   return MadeChange;
3537 }
3538
3539 /// \brief Check if all the uses of \p Inst are equivalent (or free) zero or
3540 /// sign extensions.
3541 static bool hasSameExtUse(Instruction *Inst, const TargetLowering &TLI) {
3542   assert(!Inst->use_empty() && "Input must have at least one use");
3543   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
3544   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
3545   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
3546   for (const User *U : Inst->users()) {
3547     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3548     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
3549       return false;
3550     Type *CurTy = UI->getType();
3551     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
3552     if (CurTy == ExtTy)
3553       continue;
3554
3555     // If IsSExt is true, we are in this situation:
3556     // a = Inst
3557     // b = sext ty1 a to ty2
3558     // c = sext ty1 a to ty3
3559     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
3560     // a = Inst
3561     // b = sext ty1 a to ty2
3562     // c = sext ty2 b to ty3
3563     // However, the last sext is not free.
3564     if (IsSExt)
3565       return false;
3566
3567     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
3568     // In that case, we would not account for a different use.
3569     Type *NarrowTy;
3570     Type *LargeTy;
3571     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
3572         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
3573       NarrowTy = CurTy;
3574       LargeTy = ExtTy;
3575     } else {
3576       NarrowTy = ExtTy;
3577       LargeTy = CurTy;
3578     }
3579
3580     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
3581       return false;
3582   }
3583   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
3584   return true;
3585 }
3586
3587 /// \brief Try to form ExtLd by promoting \p Exts until they reach a
3588 /// load instruction.
3589 /// If an ext(load) can be formed, it is returned via \p LI for the load
3590 /// and \p Inst for the extension.
3591 /// Otherwise LI == nullptr and Inst == nullptr.
3592 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to
3593 /// revert them.
3594 ///
3595 /// \return true when promoting was necessary to expose the ext(load)
3596 /// opportunity, false otherwise.
3597 ///
3598 /// Example:
3599 /// \code
3600 /// %ld = load i32* %addr
3601 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
3602 /// %zext = zext i32 %add to i64
3603 /// \endcode
3604 /// =>
3605 /// \code
3606 /// %ld = load i32* %addr
3607 /// %zext = zext i32 %ld to i64
3608 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
3609 /// \encode
3610 /// Thanks to the promotion, we can match zext(load i32*) to i64.
3611 bool CodeGenPrepare::ExtLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT,
3612                                     LoadInst *&LI, Instruction *&Inst,
3613                                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
3614                                     unsigned CreatedInstsCost = 0) {
3615   // Iterate over all the extensions to see if one form an ext(load).
3616   for (auto I : Exts) {
3617     // Check if we directly have ext(load).
3618     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0)))) {
3619       Inst = I;
3620       // No promotion happened here.
3621       return false;
3622     }
3623     // Check whether or not we want to do any promotion.
3624     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
3625       continue;
3626     // Get the action to perform the promotion.
3627     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
3628         I, InsertedTruncsSet, *TLI, PromotedInsts);
3629     // Check if we can promote.
3630     if (!TPH)
3631       continue;
3632     // Save the current state.
3633     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3634         TPT.getRestorationPoint();
3635     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
3636     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
3637     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
3638     // Promote.
3639     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
3640                              &NewExts, nullptr, *TLI);
3641     assert(PromotedVal &&
3642            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3643
3644     // We would be able to merge only one extension in a load.
3645     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
3646     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
3647     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
3648     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
3649     // because the new extension may be removed too.
3650     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
3651     TotalCreatedInstsCost -= ExtCost;
3652     if (!StressExtLdPromotion &&
3653         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
3654          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, PromotedVal))) {
3655       // The promotion is not profitable, rollback to the previous state.
3656       TPT.rollback(LastKnownGood);
3657       continue;
3658     }
3659     // The promotion is profitable.
3660     // Check if it exposes an ext(load).
3661     (void)ExtLdPromotion(TPT, LI, Inst, NewExts, TotalCreatedInstsCost);
3662     if (LI && (StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
3663                // If we have created a new extension, i.e., now we have two
3664                // extensions. We must make sure one of them is merged with
3665                // the load, otherwise we may degrade the code quality.
3666                (LI->hasOneUse() || hasSameExtUse(LI, *TLI))))
3667       // Promotion happened.
3668       return true;
3669     // If this does not help to expose an ext(load) then, rollback.
3670     TPT.rollback(LastKnownGood);
3671   }
3672   // None of the extension can form an ext(load).
3673   LI = nullptr;
3674   Inst = nullptr;
3675   return false;
3676 }
3677
3678 /// MoveExtToFormExtLoad - Move a zext or sext fed by a load into the same
3679 /// basic block as the load, unless conditions are unfavorable. This allows
3680 /// SelectionDAG to fold the extend into the load.
3681 /// \p I[in/out] the extension may be modified during the process if some
3682 /// promotions apply.
3683 ///
3684 bool CodeGenPrepare::MoveExtToFormExtLoad(Instruction *&I) {
3685   // Try to promote a chain of computation if it allows to form
3686   // an extended load.
3687   TypePromotionTransaction TPT;
3688   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3689     TPT.getRestorationPoint();
3690   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
3691   Exts.push_back(I);
3692   // Look for a load being extended.
3693   LoadInst *LI = nullptr;
3694   Instruction *OldExt = I;
3695   bool HasPromoted = ExtLdPromotion(TPT, LI, I, Exts);
3696   if (!LI || !I) {
3697     assert(!HasPromoted && !LI && "If we did not match any load instruction "
3698                                   "the code must remain the same");
3699     I = OldExt;
3700     return false;
3701   }
3702
3703   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
3704   // Make the cheap checks first if we did not promote.
3705   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
3706   if (!HasPromoted && LI->getParent() == I->getParent())
3707     return false;
3708
3709   EVT VT = TLI->getValueType(I->getType());
3710   EVT LoadVT = TLI->getValueType(LI->getType());
3711
3712   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
3713   // isn't worthwhile.
3714   if (!LI->hasOneUse() && TLI &&
3715       (TLI->isTypeLegal(LoadVT) || !TLI->isTypeLegal(VT)) &&
3716       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType())) {
3717     I = OldExt;
3718     TPT.rollback(LastKnownGood);
3719     return false;
3720   }
3721
3722   // Check whether the target supports casts folded into loads.
3723   unsigned LType;
3724   if (isa<ZExtInst>(I))
3725     LType = ISD::ZEXTLOAD;
3726   else {
3727     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
3728     LType = ISD::SEXTLOAD;
3729   }
3730   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, VT, LoadVT)) {
3731     I = OldExt;
3732     TPT.rollback(LastKnownGood);
3733     return false;
3734   }
3735
3736   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
3737   // can fold it.
3738   TPT.commit();
3739   I->removeFromParent();
3740   I->insertAfter(LI);
3741   ++NumExtsMoved;
3742   return true;
3743 }
3744
3745 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtUses(Instruction *I) {
3746   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
3747
3748   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
3749   // other uses of the source with result of extension.
3750   Value *Src = I->getOperand(0);
3751   if (Src->hasOneUse())
3752     return false;
3753
3754   // Only do this xform if truncating is free.
3755   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
3756     return false;
3757
3758   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
3759   // this block.
3760   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
3761     return false;
3762
3763   bool DefIsLiveOut = false;
3764   for (User *U : I->users()) {
3765     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3766
3767     // Figure out which BB this ext is used in.
3768     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3769     if (UserBB == DefBB) continue;
3770     DefIsLiveOut = true;
3771     break;
3772   }
3773   if (!DefIsLiveOut)
3774     return false;
3775
3776   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
3777   for (User *U : Src->users()) {
3778     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3779     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3780     if (UserBB == DefBB) continue;
3781     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
3782     // reloads just before load / store instructions.
3783     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
3784       return false;
3785   }
3786
3787   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
3788   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
3789
3790   bool MadeChange = false;
3791   for (Use &U : Src->uses()) {
3792     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
3793
3794     // Figure out which BB this ext is used in.
3795     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
3796     if (UserBB == DefBB) continue;
3797
3798     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
3799     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
3800
3801     if (!InsertedTrunc) {
3802       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3803       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", InsertPt);
3804       InsertedTruncsSet.insert(InsertedTrunc);
3805     }
3806
3807     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
3808     U = InsertedTrunc;
3809     ++NumExtUses;
3810     MadeChange = true;
3811   }
3812
3813   return MadeChange;
3814 }
3815
3816 /// isFormingBranchFromSelectProfitable - Returns true if a SelectInst should be
3817 /// turned into an explicit branch.
3818 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
3819   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
3820   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
3821   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
3822   // case currently.
3823
3824   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
3825
3826   // If the branch is predicted right, an out of order CPU can avoid blocking on
3827   // the compare.  Emit cmovs on compares with a memory operand as branches to
3828   // avoid stalls on the load from memory.  If the compare has more than one use
3829   // there's probably another cmov or setcc around so it's not worth emitting a
3830   // branch.
3831   if (!Cmp)
3832     return false;
3833
3834   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
3835   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
3836
3837   // We check that the memory operand has one use to avoid uses of the loaded
3838   // value directly after the compare, making branches unprofitable.
3839   return Cmp->hasOneUse() &&
3840          ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
3841           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
3842 }
3843
3844
3845 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
3846 /// turn it into a branch.
3847 bool CodeGenPrepare::OptimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
3848   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
3849
3850   // Can we convert the 'select' to CF ?
3851   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
3852     return false;
3853
3854   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3855   if (VectorCond)
3856     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3857   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3858     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3859   else
3860     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3861
3862   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3863   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3864     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3865     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3866     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3867         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3868       return false;
3869   }
3870
3871   ModifiedDT = true;
3872
3873   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3874   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3875   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3876   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3877
3878   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3879   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3880                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3881
3882   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3883   // landing pad block.
3884   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3885   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3886
3887   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3888   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3889
3890   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3891   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", NextBlock->begin());
3892   PN->takeName(SI);
3893   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3894   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3895   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3896   SI->eraseFromParent();
3897
3898   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3899   CurInstIterator = StartBlock->end();
3900   ++NumSelectsExpanded;
3901   return true;
3902 }
3903
3904 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3905   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3906   int SplatElem = -1;
3907   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3908     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3909       return false;
3910     SplatElem = Mask[i];
3911   }
3912
3913   return true;
3914 }
3915
3916 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3917 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3918 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3919 /// codegen can spot all lanes are identical.
3920 bool CodeGenPrepare::OptimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3921   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3922
3923   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3924   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3925     return false;
3926
3927   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3928   // constant splat.
3929   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3930     return false;
3931
3932   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3933   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3934
3935   bool MadeChange = false;
3936   for (User *U : SVI->users()) {
3937     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3938
3939     // Figure out which BB this ext is used in.
3940     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3941     if (UserBB == DefBB) continue;
3942
3943     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3944     if (!UI->isShift()) continue;
3945
3946     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3947     // already have a copy.
3948     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3949
3950     if (!InsertedShuffle) {
3951       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3952       InsertedShuffle = new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0),
3953                                               SVI->getOperand(1),
3954                                               SVI->getOperand(2), "", InsertPt);
3955     }
3956
3957     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3958     MadeChange = true;
3959   }
3960
3961   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3962   if (SVI->use_empty()) {
3963     SVI->eraseFromParent();
3964     MadeChange = true;
3965   }
3966
3967   return MadeChange;
3968 }
3969
3970 namespace {
3971 /// \brief Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
3972 /// This class is used to move downward extractelement transition.
3973 /// E.g.,
3974 /// a = vector_op <2 x i32>
3975 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
3976 /// c = scalar_op b
3977 /// store c
3978 ///
3979 /// =>
3980 /// a = vector_op <2 x i32>
3981 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
3982 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
3983 /// * store d
3984 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
3985 /// transition.
3986 class VectorPromoteHelper {
3987   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
3988   const TargetLowering &TLI;
3989
3990   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
3991   const TargetTransformInfo &TTI;
3992
3993   /// The transition being moved downwards.
3994   Instruction *Transition;
3995   /// The sequence of instructions to be promoted.
3996   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
3997   /// Cost of combining a store and an extract.
3998   unsigned StoreExtractCombineCost;
3999   /// Instruction that will be combined with the transition.
4000   Instruction *CombineInst;
4001
4002   /// \brief The instruction that represents the current end of the transition.
4003   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
4004   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
4005   Instruction *getEndOfTransition() const {
4006     if (InstsToBePromoted.empty())
4007       return Transition;
4008     return InstsToBePromoted.back();
4009   }
4010
4011   /// \brief Return the index of the original value in the transition.
4012   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
4013   /// c, is at index 0.
4014   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
4015     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4016            "Other kind of transitions are not supported yet");
4017     return 0;
4018   }
4019
4020   /// \brief Return the index of the index in the transition.
4021   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
4022   /// is at index 1.
4023   unsigned getTransitionIdx() const {
4024     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4025            "Other kind of transitions are not supported yet");
4026     return 1;
4027   }
4028
4029   /// \brief Get the type of the transition.
4030   /// This is the type of the original value.
4031   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
4032   /// transition is <2 x i32>.
4033   Type *getTransitionType() const {
4034     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
4035   }
4036
4037   /// \brief Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
4038   /// I.e., we have the following sequence:
4039   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
4040   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
4041   /// =>
4042   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
4043   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
4044   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
4045
4046   /// \brief Check whether or not it is profitable to promote all the
4047   /// instructions enqueued to be promoted.
4048   bool isProfitableToPromote() {
4049     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4050     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
4051                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
4052                          : -1;
4053     Type *PromotedType = getTransitionType();
4054
4055     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
4056     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
4057     unsigned Align = ST->getAlignment();
4058     // Check if this store is supported.
4059     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
4060             TLI.getValueType(ST->getValueOperand()->getType()), AS, Align)) {
4061       // If this is not supported, there is no way we can combine
4062       // the extract with the store.
4063       return false;
4064     }
4065
4066     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
4067     // scalar to vector.
4068     // The vector chain has to account for the combining cost.
4069     uint64_t ScalarCost =
4070         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
4071     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
4072     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
4073       // Compute the cost.
4074       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
4075       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
4076       // constant.
4077       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
4078       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
4079                             isa<ConstantFP>(Arg0);
4080       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
4081           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4082                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4083       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
4084           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4085                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4086       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
4087           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
4088       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
4089                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
4090     }
4091     DEBUG(dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
4092                  << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
4093     return ScalarCost > VectorCost;
4094   }
4095
4096   /// \brief Generate a constant vector with \p Val with the same
4097   /// number of elements as the transition.
4098   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
4099   /// accross the whole vector.
4100   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
4101   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
4102   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
4103   /// used at the index of the extract.
4104   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
4105     unsigned ExtractIdx = UINT_MAX;
4106     if (!UseSplat) {
4107       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
4108       // use a splat constant.
4109       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
4110       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
4111         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
4112       else
4113         UseSplat = true;
4114     }
4115
4116     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
4117     if (UseSplat)
4118       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
4119
4120     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
4121     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
4122     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
4123       if (Idx == ExtractIdx)
4124         ConstVec.push_back(Val);
4125       else
4126         ConstVec.push_back(UndefVal);
4127     }
4128     return ConstantVector::get(ConstVec);
4129   }
4130
4131   /// \brief Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
4132   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
4133   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
4134                                         unsigned OperandIdx) {
4135     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
4136     // the right hand side of a division-like instruction.
4137     if (OperandIdx != 1)
4138       return false;
4139     switch (Use->getOpcode()) {
4140     default:
4141       return false;
4142     case Instruction::SDiv:
4143     case Instruction::UDiv:
4144     case Instruction::SRem:
4145     case Instruction::URem:
4146       return true;
4147     case Instruction::FDiv:
4148     case Instruction::FRem:
4149       return !Use->hasNoNaNs();
4150     }
4151     llvm_unreachable(nullptr);
4152   }
4153
4154 public:
4155   VectorPromoteHelper(const TargetLowering &TLI, const TargetTransformInfo &TTI,
4156                       Instruction *Transition, unsigned CombineCost)
4157       : TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
4158         StoreExtractCombineCost(CombineCost), CombineInst(nullptr) {
4159     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
4160   }
4161
4162   /// \brief Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
4163   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4164     // We could support CastInst too.
4165     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
4166   }
4167
4168   /// \brief Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
4169   /// by moving downward the transition through.
4170   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4171     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
4172     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
4173     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4174       const Value *Val = U.get();
4175       if (Val == getEndOfTransition()) {
4176         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
4177         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
4178         // division by zero.
4179         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
4180           return false;
4181         continue;
4182       }
4183       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
4184           !isa<ConstantFP>(Val))
4185         return false;
4186     }
4187     // Check that the resulting operation is legal.
4188     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
4189     if (!ISDOpcode)
4190       return false;
4191     return StressStoreExtract ||
4192            TLI.isOperationLegalOrCustom(
4193                ISDOpcode, TLI.getValueType(getTransitionType(), true));
4194   }
4195
4196   /// \brief Check whether or not \p Use can be combined
4197   /// with the transition.
4198   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
4199   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
4200
4201   /// \brief Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
4202   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
4203     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
4204   }
4205
4206   /// \brief Set the instruction that will be combined with the transition.
4207   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
4208     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
4209     CombineInst = ToBeCombined;
4210   }
4211
4212   /// \brief Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
4213   /// is profitable.
4214   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
4215   bool promote() {
4216     // Check if there is something to promote.
4217     // Right now, if we do not have anything to combine with,
4218     // we assume the promotion is not profitable.
4219     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
4220       return false;
4221
4222     // Check cost.
4223     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
4224       return false;
4225
4226     // Promote.
4227     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
4228       promoteImpl(ToBePromoted);
4229     InstsToBePromoted.clear();
4230     return true;
4231   }
4232 };
4233 } // End of anonymous namespace.
4234
4235 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
4236   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
4237   // can be statically promoted.
4238   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
4239   // b = ToBePromoted ty1 a
4240   // Def = Transition ty1 b to ty2
4241   // Move the transition down.
4242   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
4243   // = ... b => = ... Def.
4244   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
4245          "The type of the result of the transition does not match "
4246          "the final type");
4247   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
4248   // 2. Update the type of the uses.
4249   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
4250   Type *TransitionTy = getTransitionType();
4251   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
4252   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
4253   // operands.
4254   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
4255   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4256     Value *Val = U.get();
4257     Value *NewVal = nullptr;
4258     if (Val == Transition)
4259       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4260     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
4261              isa<ConstantFP>(Val)) {
4262       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
4263       NewVal = getConstantVector(
4264           cast<Constant>(Val),
4265           isa<UndefValue>(Val) ||
4266               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
4267     } else
4268       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
4269                        "this?");
4270     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
4271   }
4272   Transition->removeFromParent();
4273   Transition->insertAfter(ToBePromoted);
4274   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
4275 }
4276
4277 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
4278 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
4279 /// has this feature and this is profitable.
4280 bool CodeGenPrepare::OptimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
4281   unsigned CombineCost = UINT_MAX;
4282   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
4283       (!StressStoreExtract &&
4284        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
4285                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
4286     return false;
4287
4288   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
4289   // Try to move it down the def-use chain, until:
4290   // - We can combine the transition with its single use
4291   //   => we got rid of the transition.
4292   // - We escape the current basic block
4293   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
4294   //      we do not do that for now.
4295   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
4296   DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
4297   VectorPromoteHelper VPH(*TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
4298   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
4299   // beneficial.
4300   while (Inst->hasOneUse()) {
4301     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
4302     DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
4303
4304     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
4305       DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
4306                    << ToBePromoted->getParent()->getName()
4307                    << ") than the transition (" << Parent->getName() << ").\n");
4308       return false;
4309     }
4310
4311     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
4312       DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
4313                    << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
4314       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
4315       bool Changed = VPH.promote();
4316       NumStoreExtractExposed += Changed;
4317       return Changed;
4318     }
4319
4320     DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
4321     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
4322       return false;
4323
4324     DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
4325
4326     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
4327     Inst = ToBePromoted;
4328   }
4329   return false;
4330 }
4331
4332 bool CodeGenPrepare::OptimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT) {
4333   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4334     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
4335     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
4336     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
4337     const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
4338     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, DL, TLInfo, nullptr)) {
4339       P->replaceAllUsesWith(V);
4340       P->eraseFromParent();
4341       ++NumPHIsElim;
4342       return true;
4343     }
4344     return false;
4345   }
4346
4347   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4348     // If the source of the cast is a constant, then this should have
4349     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
4350     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
4351     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
4352     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
4353     // want to forward-subst the cast.
4354     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
4355       return false;
4356
4357     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI))
4358       return true;
4359
4360     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
4361       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
4362       /// fit in one register
4363       if (TLI && TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
4364                                     TLI->getValueType(CI->getType())) ==
4365                      TargetLowering::TypeExpandInteger) {
4366         return SinkCast(CI);
4367       } else {
4368         bool MadeChange = MoveExtToFormExtLoad(I);
4369         return MadeChange | OptimizeExtUses(I);
4370       }
4371     }
4372     return false;
4373   }
4374
4375   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4376     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
4377       return OptimizeCmpExpression(CI);
4378
4379   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4380     if (TLI)
4381       return OptimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType());
4382     return false;
4383   }
4384
4385   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4386     if (TLI)
4387       return OptimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
4388                                 SI->getOperand(0)->getType());
4389     return false;
4390   }
4391
4392   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
4393
4394   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
4395                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
4396     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
4397     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
4398       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI);
4399
4400     return false;
4401   }
4402
4403   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
4404     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
4405       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
4406       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
4407                                         GEPI->getName(), GEPI);
4408       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
4409       GEPI->eraseFromParent();
4410       ++NumGEPsElim;
4411       OptimizeInst(NC, ModifiedDT);
4412       return true;
4413     }
4414     return false;
4415   }
4416
4417   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4418     return OptimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
4419
4420   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
4421     return OptimizeSelectInst(SI);
4422
4423   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
4424     return OptimizeShuffleVectorInst(SVI);
4425
4426   if (isa<ExtractElementInst>(I))
4427     return OptimizeExtractElementInst(I);
4428
4429   return false;
4430 }
4431
4432 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
4433 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
4434 // selection.
4435 bool CodeGenPrepare::OptimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT) {
4436   SunkAddrs.clear();
4437   bool MadeChange = false;
4438
4439   CurInstIterator = BB.begin();
4440   while (CurInstIterator != BB.end()) {
4441     MadeChange |= OptimizeInst(CurInstIterator++, ModifiedDT);
4442     if (ModifiedDT)
4443       return true;
4444   }
4445   MadeChange |= DupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
4446
4447   return MadeChange;
4448 }
4449
4450 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
4451 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
4452 // find a node corresponding to the value.
4453 bool CodeGenPrepare::PlaceDbgValues(Function &F) {
4454   bool MadeChange = false;
4455   for (BasicBlock &BB : F) {
4456     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
4457     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
4458       Instruction *Insn = BI++;
4459       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
4460       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
4461       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
4462       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
4463       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
4464       // where said address is used.
4465       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
4466         PrevNonDbgInst = Insn;
4467         continue;
4468       }
4469
4470       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
4471       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
4472         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
4473         DVI->removeFromParent();
4474         if (isa<PHINode>(VI))
4475           DVI->insertBefore(VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
4476         else
4477           DVI->insertAfter(VI);
4478         MadeChange = true;
4479         ++NumDbgValueMoved;
4480       }
4481     }
4482   }
4483   return MadeChange;
4484 }
4485
4486 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
4487 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
4488 // target supports folding these into a single instruction, sink the
4489 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
4490 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
4491 // searched for.
4492 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
4493   if (!EnableAndCmpSinking)
4494     return false;
4495   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
4496     return false;
4497   bool MadeChange = false;
4498   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
4499     BasicBlock *BB = I++;
4500
4501     // Does this BB end with the following?
4502     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
4503     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
4504     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
4505     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
4506     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
4507       continue;
4508     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
4509     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
4510       continue;
4511     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
4512     if (!Zero || !Zero->isZero())
4513       continue;
4514     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
4515     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
4516       continue;
4517     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
4518     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
4519       continue;
4520     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
4521
4522     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
4523     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
4524     // track of which BBs we insert into.
4525     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
4526          UI != E; ) {
4527       Use &TheUse = *UI;
4528       // Find brcc use.
4529       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
4530       ++UI;
4531       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
4532         continue;
4533       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
4534       if (UserBB == BB) continue;
4535       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
4536
4537       // Sink the "and; icmp" to use.
4538       MadeChange = true;
4539       BinaryOperator *NewAnd =
4540         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
4541                                   BrccUser);
4542       CmpInst *NewCmp =
4543         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
4544                         "", BrccUser);
4545       TheUse = NewCmp;
4546       ++NumAndCmpsMoved;
4547       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
4548     }
4549   }
4550   return MadeChange;
4551 }
4552
4553 /// \brief Retrieve the probabilities of a conditional branch. Returns true on
4554 /// success, or returns false if no or invalid metadata was found.
4555 static bool extractBranchMetadata(BranchInst *BI,
4556                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
4557   assert(BI->isConditional() &&
4558          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
4559   auto *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
4560   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3)
4561     return false;
4562
4563   const auto *CITrue =
4564       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
4565   const auto *CIFalse =
4566       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
4567   if (!CITrue || !CIFalse)
4568     return false;
4569
4570   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
4571   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
4572
4573   return true;
4574 }
4575
4576 /// \brief Scale down both weights to fit into uint32_t.
4577 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
4578   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
4579   uint32_t Scale = (NewMax / UINT32_MAX) + 1;
4580   NewTrue = NewTrue / Scale;
4581   NewFalse = NewFalse / Scale;
4582 }
4583
4584 /// \brief Some targets prefer to split a conditional branch like:
4585 /// \code
4586 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
4587 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
4588 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
4589 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
4590 /// \endcode
4591 /// into multiple branch instructions like:
4592 /// \code
4593 ///   bb1:
4594 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
4595 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
4596 ///   bb2:
4597 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
4598 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
4599 /// \endcode
4600 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
4601 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
4602 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
4603 ///
4604 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
4605 ///
4606 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
4607   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
4608     return false;
4609
4610   bool MadeChange = false;
4611   for (auto &BB : F) {
4612     // Does this BB end with the following?
4613     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4614     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4615     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
4616     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
4617     BinaryOperator *LogicOp;
4618     BasicBlock *TBB, *FBB;
4619     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
4620       continue;
4621
4622     unsigned Opc;
4623     Value *Cond1, *Cond2;
4624     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4625                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4626       Opc = Instruction::And;
4627     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4628                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4629       Opc = Instruction::Or;
4630     else
4631       continue;
4632
4633     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
4634         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
4635       continue;
4636
4637     DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
4638
4639     // Create a new BB.
4640     auto *InsertBefore = std::next(Function::iterator(BB))
4641         .getNodePtrUnchecked();
4642     auto TmpBB = BasicBlock::Create(BB.getContext(),
4643                                     BB.getName() + ".cond.split",
4644                                     BB.getParent(), InsertBefore);
4645
4646     // Update original basic block by using the first condition directly by the
4647     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
4648     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
4649     Br1->setCondition(Cond1);
4650     LogicOp->eraseFromParent();
4651
4652     // Depending on the conditon we have to either replace the true or the false
4653     // successor of the original branch instruction.
4654     if (Opc == Instruction::And)
4655       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
4656     else
4657       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
4658
4659     // Fill in the new basic block.
4660     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
4661     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
4662       I->removeFromParent();
4663       I->insertBefore(Br2);
4664     }
4665
4666     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
4667     // replaced in one succesor's PHI nodes, because the branch comes now from
4668     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
4669     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
4670     // now the same successor. Depending on the original branch condition
4671     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
4672     // we perfrom the correct update for the PHI nodes.
4673     // This doesn't change the successor order of the just created branch
4674     // instruction (or any other instruction).
4675     if (Opc == Instruction::Or)
4676       std::swap(TBB, FBB);
4677
4678     // Replace the old BB with the new BB.
4679     for (auto &I : *TBB) {
4680       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4681       if (!PN)
4682         break;
4683       int i;
4684       while ((i = PN->getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
4685         PN->setIncomingBlock(i, TmpBB);
4686     }
4687
4688     // Add another incoming edge form the new BB.
4689     for (auto &I : *FBB) {
4690       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4691       if (!PN)
4692         break;
4693       auto *Val = PN->getIncomingValueForBlock(&BB);
4694       PN->addIncoming(Val, TmpBB);
4695     }
4696
4697     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
4698     // FindMergedConditions).
4699     if (Opc == Instruction::Or) {
4700       // Codegen X | Y as:
4701       // BB1:
4702       //   jmp_if_X TBB
4703       //   jmp TmpBB
4704       // TmpBB:
4705       //   jmp_if_Y TBB
4706       //   jmp FBB
4707       //
4708
4709       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
4710       // The requirement is that
4711       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
4712       //     = TrueProb for orignal BB.
4713       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4714       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
4715       // assumes that
4716       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
4717       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
4718       // TmpBB, but the math is more complicated.
4719       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4720       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4721         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
4722         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
4723         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4724         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4725                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4726
4727         NewTrueWeight = TrueWeight;
4728         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
4729         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4730         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4731                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4732       }
4733     } else {
4734       // Codegen X & Y as:
4735       // BB1:
4736       //   jmp_if_X TmpBB
4737       //   jmp FBB
4738       // TmpBB:
4739       //   jmp_if_Y TBB
4740       //   jmp FBB
4741       //
4742       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
4743
4744       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
4745       // The requirement is that
4746       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
4747       //     = FalseProb for orignal BB.
4748       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4749       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
4750       // assumes that
4751       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
4752       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4753       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4754         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
4755         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
4756         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4757         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4758                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4759
4760         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
4761         NewFalseWeight = FalseWeight;
4762         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4763         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4764                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4765       }
4766     }
4767
4768     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
4769     // available to CodeGenPrepare.
4770     ModifiedDT = true;
4771
4772     MadeChange = true;
4773
4774     DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
4775           TmpBB->dump());
4776   }
4777   return MadeChange;
4778 }