CodeGen: Remove a few more ilist iterator implicit conversions, NFC
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / CodeGenPrepare.cpp
1 //===- CodeGenPrepare.cpp - Prepare a function for code generation --------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass munges the code in the input function to better prepare it for
11 // SelectionDAG-based code generation. This works around limitations in it's
12 // basic-block-at-a-time approach. It should eventually be removed.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
21 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
22 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
23 #include "llvm/IR/CallSite.h"
24 #include "llvm/IR/Constants.h"
25 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
26 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
27 #include "llvm/IR/Dominators.h"
28 #include "llvm/IR/Function.h"
29 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
30 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
38 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
39 #include "llvm/Pass.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
44 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
50 using namespace llvm;
51 using namespace llvm::PatternMatch;
52
53 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
54
55 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
56 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
57 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
58 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
59                       "sunken Cmps");
60 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
61                        "of sunken Casts");
62 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
63                           "computations were sunk");
64 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
65 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
66 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
67 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
68 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
69 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
70 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
71
72 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
73   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
74   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
75
76 static cl::opt<bool>
77     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
78                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
79
80 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
81   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
82   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
83
84 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
85   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
86   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
87
88 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
89    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
90    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
91
92 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
93     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
94     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
95
96 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
97     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
98     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
99
100 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
101     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
102     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
103              "CodeGenPrepare"));
104
105 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
106     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
107     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
108              "optimization in CodeGenPrepare"));
109
110 namespace {
111 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
112 typedef PointerIntPair<Type *, 1, bool> TypeIsSExt;
113 typedef DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt> InstrToOrigTy;
114 class TypePromotionTransaction;
115
116   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
117     const TargetMachine *TM;
118     const TargetLowering *TLI;
119     const TargetTransformInfo *TTI;
120     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
121
122     /// As we scan instructions optimizing them, this is the next instruction
123     /// to optimize. Transforms that can invalidate this should update it.
124     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
125
126     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
127     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
128     /// multiple load/stores of the same address.
129     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
130
131     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
132     SetOfInstrs InsertedInsts;
133     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
134     /// promotion for the current function.
135     InstrToOrigTy PromotedInsts;
136
137     /// True if CFG is modified in any way.
138     bool ModifiedDT;
139
140     /// True if optimizing for size.
141     bool OptSize;
142
143     /// DataLayout for the Function being processed.
144     const DataLayout *DL;
145
146   public:
147     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
148     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
149         : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr), TTI(nullptr), DL(nullptr) {
150         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
151       }
152     bool runOnFunction(Function &F) override;
153
154     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
155
156     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
157       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
158       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
159       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
160     }
161
162   private:
163     bool eliminateFallThrough(Function &F);
164     bool eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
165     bool canMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
166     void eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
167     bool optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT);
168     bool optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT);
169     bool optimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr,
170                             Type *AccessTy, unsigned AS);
171     bool optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
172     bool optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT);
173     bool moveExtToFormExtLoad(Instruction *&I);
174     bool optimizeExtUses(Instruction *I);
175     bool optimizeSelectInst(SelectInst *SI);
176     bool optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
177     bool optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
178     bool dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
179     bool placeDbgValues(Function &F);
180     bool sinkAndCmp(Function &F);
181     bool extLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT, LoadInst *&LI,
182                         Instruction *&Inst,
183                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
184                         unsigned CreatedInstCost);
185     bool splitBranchCondition(Function &F);
186     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
187     void stripInvariantGroupMetadata(Instruction &I);
188   };
189 }
190
191 char CodeGenPrepare::ID = 0;
192 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
193                    "Optimize for code generation", false, false)
194
195 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
196   return new CodeGenPrepare(TM);
197 }
198
199 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
200   if (skipOptnoneFunction(F))
201     return false;
202
203   DL = &F.getParent()->getDataLayout();
204
205   bool EverMadeChange = false;
206   // Clear per function information.
207   InsertedInsts.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.optForSize();
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 /// Merge basic blocks which are connected by a single edge, where one of the
312 /// basic blocks has a single successor pointing to the other basic block,
313 /// 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->getIterator();
340     }
341   }
342   return Changed;
343 }
344
345 /// Eliminate blocks that contain only PHI nodes, debug info directives, and an
346 /// unconditional branch. Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify) often split
347 /// edges in ways that are non-optimal for isel. Start by eliminating these
348 /// blocks so we can split them the way we want them.
349 bool CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
350   bool MadeChange = false;
351   // Note that this intentionally skips the entry block.
352   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
353     BasicBlock *BB = &*I++;
354
355     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
356     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
357     if (!BI || !BI->isUnconditional())
358       continue;
359
360     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
361     // node, then other stuff is happening here.
362     BasicBlock::iterator BBI = BI->getIterator();
363     if (BBI != BB->begin()) {
364       --BBI;
365       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
366         if (BBI == BB->begin())
367           break;
368         --BBI;
369       }
370       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
371         continue;
372     }
373
374     // Do not break infinite loops.
375     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
376     if (DestBB == BB)
377       continue;
378
379     if (!canMergeBlocks(BB, DestBB))
380       continue;
381
382     eliminateMostlyEmptyBlock(BB);
383     MadeChange = true;
384   }
385   return MadeChange;
386 }
387
388 /// Return true if we can merge BB into DestBB if there is a single
389 /// unconditional branch between them, and BB contains no other non-phi
390 /// instructions.
391 bool CodeGenPrepare::canMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
392                                     const BasicBlock *DestBB) const {
393   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
394   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
395   // don't mess around with them.
396   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
397   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
398     for (const User *U : PN->users()) {
399       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
400       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
401         return false;
402       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
403       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
404       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
405       if (UI->getParent() == DestBB) {
406         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
407           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
408             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
409             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
410                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
411               return false;
412           }
413       }
414     }
415   }
416
417   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
418   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
419   // can't merge the block.
420   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
421   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
422
423   // Collect the preds of BB.
424   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
425   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
426     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
427     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
428       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
429   } else {
430     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
431   }
432
433   // Walk the preds of DestBB.
434   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
435     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
436     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
437       BBI = DestBB->begin();
438       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
439         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
440         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
441
442         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
443         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
444           if (V2PN->getParent() == BB)
445             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
446
447         // If there is a conflict, bail out.
448         if (V1 != V2) return false;
449       }
450     }
451   }
452
453   return true;
454 }
455
456
457 /// Eliminate a basic block that has only phi's and an unconditional branch in
458 /// it.
459 void CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
460   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
461   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
462
463   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
464
465   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
466   // just collapse it.
467   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
468     if (SinglePred != DestBB) {
469       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
470       // will need to move BB back to the entry position.
471       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
472       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, nullptr);
473
474       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
475         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
476
477       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
478       return;
479     }
480   }
481
482   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
483   // to handle the new incoming edges it is about to have.
484   PHINode *PN;
485   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
486        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
487     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
488     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
489
490     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
491     // value that dominates BB.
492     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
493     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
494       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
495       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
496         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
497                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
498     } else {
499       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
500       // we will be adding.
501       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
502         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
503           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
504       } else {
505         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
506           PN->addIncoming(InVal, *PI);
507       }
508     }
509   }
510
511   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
512   // DestBB and remove BB.
513   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
514   BB->eraseFromParent();
515   ++NumBlocksElim;
516
517   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
518 }
519
520 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
521 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
522 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
523     const SmallVectorImpl<User *> &AllRelocateCalls,
524     DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> &
525         RelocateInstMap) {
526   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
527   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
528   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
529   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, IntrinsicInst *> RelocateIdxMap;
530   for (auto &U : AllRelocateCalls) {
531     GCRelocateOperands ThisRelocate(U);
532     IntrinsicInst *I = cast<IntrinsicInst>(U);
533     auto K = std::make_pair(ThisRelocate.getBasePtrIndex(),
534                             ThisRelocate.getDerivedPtrIndex());
535     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, I));
536   }
537   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
538     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
539     if (Key.first == Key.second)
540       // Base relocation: nothing to insert
541       continue;
542
543     IntrinsicInst *I = Item.second;
544     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
545
546     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
547     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
548     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
549       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
550       // that, if there are enough derived object relocates.
551       continue;
552
553     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
554   }
555 }
556
557 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
558 // small integer constants
559 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
560                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
561   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
562     // Only accept small constant integer operands
563     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
564     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
565       return false;
566   }
567
568   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
569     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
570   return true;
571 }
572
573 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
574 // replace, computes a replacement, and affects it.
575 static bool
576 simplifyRelocatesOffABase(IntrinsicInst *RelocatedBase,
577                           const SmallVectorImpl<IntrinsicInst *> &Targets) {
578   bool MadeChange = false;
579   for (auto &ToReplace : Targets) {
580     GCRelocateOperands MasterRelocate(RelocatedBase);
581     GCRelocateOperands ThisRelocate(ToReplace);
582
583     assert(ThisRelocate.getBasePtrIndex() == MasterRelocate.getBasePtrIndex() &&
584            "Not relocating a derived object of the original base object");
585     if (ThisRelocate.getBasePtrIndex() == ThisRelocate.getDerivedPtrIndex()) {
586       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
587       continue;
588     }
589
590     Value *Base = ThisRelocate.getBasePtr();
591     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ThisRelocate.getDerivedPtr());
592     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
593       continue;
594
595     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
596     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
597       continue;
598
599     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
600     assert(RelocatedBase->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
601
602     // Insert after RelocatedBase
603     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
604     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
605
606     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
607     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
608     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
609     // cases like this:
610     // bb1:
611     //  ...
612     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
613     //  br label %merge
614     //
615     // bb2:
616     //  ...
617     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
618     //  br label %merge
619     //
620     // merge:
621     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
622     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
623     //
624     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
625     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
626     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
627     Instruction *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
628     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
629       ActualRelocatedBase =
630           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType()));
631     }
632     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
633         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
634     Instruction *ReplacementInst = cast<Instruction>(Replacement);
635     Replacement->takeName(ToReplace);
636     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
637     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
638     Instruction *ActualReplacement = ReplacementInst;
639     if (ReplacementInst->getType() != ToReplace->getType()) {
640       ActualReplacement =
641           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(ReplacementInst, ToReplace->getType()));
642     }
643     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
644     ToReplace->eraseFromParent();
645
646     MadeChange = true;
647   }
648   return MadeChange;
649 }
650
651 // Turns this:
652 //
653 // %base = ...
654 // %ptr = gep %base + 15
655 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
656 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
657 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
658 // %val = load %ptr'
659 //
660 // into this:
661 //
662 // %base = ...
663 // %ptr = gep %base + 15
664 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
665 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
666 // %ptr' = gep %base' + 15
667 // %val = load %ptr'
668 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
669   bool MadeChange = false;
670   SmallVector<User *, 2> AllRelocateCalls;
671
672   for (auto *U : I.users())
673     if (isGCRelocate(dyn_cast<Instruction>(U)))
674       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
675       AllRelocateCalls.push_back(U);
676
677   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
678   // relocation to mangle
679   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
680     return false;
681
682   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
683   // corresponding derived relocate instructions
684   DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> RelocateInstMap;
685   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
686   if (RelocateInstMap.empty())
687     return false;
688
689   for (auto &Item : RelocateInstMap)
690     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
691     // Item.second is the vector of Targets to replace
692     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
693   return MadeChange;
694 }
695
696 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
697 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
698   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
699
700   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
701   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
702
703   bool MadeChange = false;
704   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
705        UI != E; ) {
706     Use &TheUse = UI.getUse();
707     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
708
709     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
710     // appropriate predecessor block.
711     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
712     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
713       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
714     }
715
716     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
717     ++UI;
718
719     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
720     if (UserBB == DefBB) continue;
721
722     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
723     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
724
725     if (!InsertedCast) {
726       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
727       assert(InsertPt != UserBB->end());
728       InsertedCast = CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0),
729                                       CI->getType(), "", &*InsertPt);
730     }
731
732     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
733     TheUse = InsertedCast;
734     MadeChange = true;
735     ++NumCastUses;
736   }
737
738   // If we removed all uses, nuke the cast.
739   if (CI->use_empty()) {
740     CI->eraseFromParent();
741     MadeChange = true;
742   }
743
744   return MadeChange;
745 }
746
747 /// If the specified cast instruction is a noop copy (e.g. it's casting from
748 /// one pointer type to another, i32->i8 on PPC), sink it into user blocks to
749 /// reduce the number of virtual registers that must be created and coalesced.
750 ///
751 /// Return true if any changes are made.
752 ///
753 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI,
754                                        const DataLayout &DL) {
755   // If this is a noop copy,
756   EVT SrcVT = TLI.getValueType(DL, CI->getOperand(0)->getType());
757   EVT DstVT = TLI.getValueType(DL, CI->getType());
758
759   // This is an fp<->int conversion?
760   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
761     return false;
762
763   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
764   // isn't a noop.
765   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
766
767   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
768   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
769   // are.
770   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
771       TargetLowering::TypePromoteInteger)
772     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
773   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
774       TargetLowering::TypePromoteInteger)
775     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
776
777   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
778   if (SrcVT != DstVT)
779     return false;
780
781   return SinkCast(CI);
782 }
783
784 /// Try to combine CI into a call to the llvm.uadd.with.overflow intrinsic if
785 /// possible.
786 ///
787 /// Return true if any changes were made.
788 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
789   Value *A, *B;
790   Instruction *AddI;
791   if (!match(CI,
792              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
793     return false;
794
795   Type *Ty = AddI->getType();
796   if (!isa<IntegerType>(Ty))
797     return false;
798
799   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
800   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
801   // block containing the icmp:
802
803   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
804     return false;
805
806 #ifndef NDEBUG
807   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
808   // for now:
809   if (AddI->hasOneUse())
810     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
811 #endif
812
813   Module *M = CI->getParent()->getParent()->getParent();
814   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
815
816   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
817
818   auto *UAddWithOverflow =
819       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
820   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
821   auto *Overflow =
822       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
823
824   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
825   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
826   CI->eraseFromParent();
827   AddI->eraseFromParent();
828   return true;
829 }
830
831 /// Sink the given CmpInst into user blocks to reduce the number of virtual
832 /// registers that must be created and coalesced. This is a clear win except on
833 /// targets with multiple condition code registers (PowerPC), where it might
834 /// lose; some adjustment may be wanted there.
835 ///
836 /// Return true if any changes are made.
837 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI) {
838   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
839
840   /// Only insert a cmp in each block once.
841   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
842
843   bool MadeChange = false;
844   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
845        UI != E; ) {
846     Use &TheUse = UI.getUse();
847     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
848
849     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
850     ++UI;
851
852     // Don't bother for PHI nodes.
853     if (isa<PHINode>(User))
854       continue;
855
856     // Figure out which BB this cmp is used in.
857     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
858
859     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
860     if (UserBB == DefBB) continue;
861
862     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
863     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
864
865     if (!InsertedCmp) {
866       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
867       assert(InsertPt != UserBB->end());
868       InsertedCmp =
869           CmpInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(),
870                           CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), "", &*InsertPt);
871     }
872
873     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
874     TheUse = InsertedCmp;
875     MadeChange = true;
876     ++NumCmpUses;
877   }
878
879   // If we removed all uses, nuke the cmp.
880   if (CI->use_empty()) {
881     CI->eraseFromParent();
882     MadeChange = true;
883   }
884
885   return MadeChange;
886 }
887
888 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
889   if (SinkCmpExpression(CI))
890     return true;
891
892   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
893     return true;
894
895   return false;
896 }
897
898 /// Check if the candidates could be combined with a shift instruction, which
899 /// includes:
900 /// 1. Truncate instruction
901 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
902 /// imm & (imm+1) == 0
903 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
904   if (!isa<TruncInst>(User)) {
905     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
906         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
907       return false;
908
909     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
910
911     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
912       return false;
913   }
914   return true;
915 }
916
917 /// Sink both shift and truncate instruction to the use of truncate's BB.
918 static bool
919 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
920                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
921                      const TargetLowering &TLI, const DataLayout &DL) {
922   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
923   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
924   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
925   bool MadeChange = false;
926
927   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
928                             TruncE = TruncI->user_end();
929        TruncUI != TruncE;) {
930
931     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
932     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
933     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
934
935     ++TruncUI;
936
937     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
938     if (!ISDOpcode)
939       continue;
940
941     // If the use is actually a legal node, there will not be an
942     // implicit truncate.
943     // FIXME: always querying the result type is just an
944     // approximation; some nodes' legality is determined by the
945     // operand or other means. There's no good way to find out though.
946     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
947             ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, TruncUser->getType(), true)))
948       continue;
949
950     // Don't bother for PHI nodes.
951     if (isa<PHINode>(TruncUser))
952       continue;
953
954     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
955
956     if (UserBB == TruncUserBB)
957       continue;
958
959     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
960     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
961
962     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
963       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
964       assert(InsertPt != TruncUserBB->end());
965       // Sink the shift
966       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
967         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
968                                                    "", &*InsertPt);
969       else
970         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
971                                                    "", &*InsertPt);
972
973       // Sink the trunc
974       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
975       TruncInsertPt++;
976       assert(TruncInsertPt != TruncUserBB->end());
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 /// Sink the shift *right* instruction into user blocks if the uses could
990 /// potentially be combined with this shift instruction and generate BitExtract
991 /// instruction. It will only be applied if the architecture supports BitExtract
992 /// 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                                 const DataLayout &DL) {
1009   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1010
1011   /// Only insert instructions in each block once.
1012   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1013
1014   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, ShiftI->getType()));
1015
1016   bool MadeChange = false;
1017   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1018        UI != E;) {
1019     Use &TheUse = UI.getUse();
1020     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1021     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1022     ++UI;
1023
1024     // Don't bother for PHI nodes.
1025     if (isa<PHINode>(User))
1026       continue;
1027
1028     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1029       continue;
1030
1031     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1032
1033     if (UserBB == DefBB) {
1034       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1035       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1036       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1037       // instruction to the BB of TruncUse.
1038       // for example:
1039       // BB1:
1040       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1041       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1042       //
1043       // BB2:
1044       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1045       //   not have i16 compare.
1046       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1047       //
1048       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1049           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
1050           // introduced in other basic blocks.
1051           &&
1052           (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, User->getType()))))
1053         MadeChange =
1054             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI, DL);
1055
1056       continue;
1057     }
1058     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1059     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1060
1061     if (!InsertedShift) {
1062       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1063       assert(InsertPt != UserBB->end());
1064
1065       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1066         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1067                                                    "", &*InsertPt);
1068       else
1069         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1070                                                    "", &*InsertPt);
1071
1072       MadeChange = true;
1073     }
1074
1075     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1076     TheUse = InsertedShift;
1077   }
1078
1079   // If we removed all uses, nuke the shift.
1080   if (ShiftI->use_empty())
1081     ShiftI->eraseFromParent();
1082
1083   return MadeChange;
1084 }
1085
1086 // Translate a masked load intrinsic like
1087 // <16 x i32 > @llvm.masked.load( <16 x i32>* %addr, i32 align,
1088 //                               <16 x i1> %mask, <16 x i32> %passthru)
1089 // to a chain of basic blocks, with loading element one-by-one if
1090 // the appropriate mask bit is set
1091 // 
1092 //  %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1093 //  %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1094 //  %3 = icmp eq i1 %2, true
1095 //  br i1 %3, label %cond.load, label %else
1096 //
1097 //cond.load:                                        ; preds = %0
1098 //  %4 = getelementptr i32* %1, i32 0
1099 //  %5 = load i32* %4
1100 //  %6 = insertelement <16 x i32> undef, i32 %5, i32 0
1101 //  br label %else
1102 //
1103 //else:                                             ; preds = %0, %cond.load
1104 //  %res.phi.else = phi <16 x i32> [ %6, %cond.load ], [ undef, %0 ]
1105 //  %7 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1106 //  %8 = icmp eq i1 %7, true
1107 //  br i1 %8, label %cond.load1, label %else2
1108 //
1109 //cond.load1:                                       ; preds = %else
1110 //  %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1111 //  %10 = load i32* %9
1112 //  %11 = insertelement <16 x i32> %res.phi.else, i32 %10, i32 1
1113 //  br label %else2
1114 //
1115 //else2:                                            ; preds = %else, %cond.load1
1116 //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1117 //  %12 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 2
1118 //  %13 = icmp eq i1 %12, true
1119 //  br i1 %13, label %cond.load4, label %else5
1120 //
1121 static void ScalarizeMaskedLoad(CallInst *CI) {
1122   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(0);
1123   Value *Src0 = CI->getArgOperand(3);
1124   Value *Mask = CI->getArgOperand(2);
1125   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(CI->getType());
1126   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1127
1128   assert(VecType && "Unexpected return type of masked load intrinsic");
1129
1130   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1131   Instruction *InsertPt = CI;
1132   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1133   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
1134   BasicBlock *PrevIfBlock = CI->getParent();
1135   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1136
1137   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1138
1139   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1140   Type *NewPtrType =
1141     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1142   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1143   Value *UndefVal = UndefValue::get(VecType);
1144
1145   // The result vector
1146   Value *VResult = UndefVal;
1147
1148   PHINode *Phi = nullptr;
1149   Value *PrevPhi = UndefVal;
1150
1151   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1152   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1153
1154     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1155     //
1156     //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1157     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1158     //  %to_load = icmp eq i1 %mask_1, true
1159     //  br i1 %to_load, label %cond.load, label %else
1160     //
1161     if (Idx > 0) {
1162       Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.else");
1163       Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1164       Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1165       PrevPhi = Phi;
1166       VResult = Phi;
1167     }
1168
1169     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1170     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1171                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1172
1173     // Create "cond" block
1174     //
1175     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1176     //  %Elt = load i32* %EltAddr
1177     //  VResult = insertelement <16 x i32> VResult, i32 %Elt, i32 Idx
1178     //
1179     CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "cond.load");
1180     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1181
1182     Value *Gep =
1183         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1184     LoadInst* Load = Builder.CreateLoad(Gep, false);
1185     VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load, Builder.getInt32(Idx));
1186
1187     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1188     BasicBlock *NewIfBlock =
1189         CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "else");
1190     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1191     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1192     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1193     OldBr->eraseFromParent();
1194     PrevIfBlock = IfBlock;
1195     IfBlock = NewIfBlock;
1196   }
1197
1198   Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.select");
1199   Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1200   Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1201   Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, Phi, Src0);
1202   CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1203   CI->eraseFromParent();
1204 }
1205
1206 // Translate a masked store intrinsic, like
1207 // void @llvm.masked.store(<16 x i32> %src, <16 x i32>* %addr, i32 align,
1208 //                               <16 x i1> %mask)
1209 // to a chain of basic blocks, that stores element one-by-one if
1210 // the appropriate mask bit is set
1211 //
1212 //   %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1213 //   %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1214 //   %3 = icmp eq i1 %2, true
1215 //   br i1 %3, label %cond.store, label %else
1216 //
1217 // cond.store:                                       ; preds = %0
1218 //   %4 = extractelement <16 x i32> %val, i32 0
1219 //   %5 = getelementptr i32* %1, i32 0
1220 //   store i32 %4, i32* %5
1221 //   br label %else
1222 // 
1223 // else:                                             ; preds = %0, %cond.store
1224 //   %6 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1225 //   %7 = icmp eq i1 %6, true
1226 //   br i1 %7, label %cond.store1, label %else2
1227 // 
1228 // cond.store1:                                      ; preds = %else
1229 //   %8 = extractelement <16 x i32> %val, i32 1
1230 //   %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1231 //   store i32 %8, i32* %9
1232 //   br label %else2
1233 //   . . .
1234 static void ScalarizeMaskedStore(CallInst *CI) {
1235   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(1);
1236   Value *Src = CI->getArgOperand(0);
1237   Value *Mask = CI->getArgOperand(3);
1238
1239   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(Src->getType());
1240   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1241
1242   assert(VecType && "Unexpected data type in masked store intrinsic");
1243
1244   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1245   Instruction *InsertPt = CI;
1246   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1247   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1248   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1249
1250   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1251   Type *NewPtrType =
1252     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1253   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1254
1255   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1256   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1257
1258     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1259     //
1260     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1261     //  %to_store = icmp eq i1 %mask_1, true
1262     //  br i1 %to_load, label %cond.store, label %else
1263     //
1264     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1265     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1266                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1267
1268     // Create "cond" block
1269     //
1270     //  %OneElt = extractelement <16 x i32> %Src, i32 Idx
1271     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1272     //  %store i32 %OneElt, i32* %EltAddr
1273     //
1274     BasicBlock *CondBlock =
1275         IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "cond.store");
1276     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1277
1278     Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx));
1279     Value *Gep =
1280         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1281     Builder.CreateStore(OneElt, Gep);
1282
1283     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1284     BasicBlock *NewIfBlock =
1285         CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "else");
1286     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1287     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1288     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1289     OldBr->eraseFromParent();
1290     IfBlock = NewIfBlock;
1291   }
1292   CI->eraseFromParent();
1293 }
1294
1295 bool CodeGenPrepare::optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT) {
1296   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1297
1298   // Lower inline assembly if we can.
1299   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1300   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1301   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1302     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1303       // Avoid invalidating the iterator.
1304       CurInstIterator = BB->begin();
1305       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1306       // reuse before a value is defined.
1307       SunkAddrs.clear();
1308       return true;
1309     }
1310     // Sink address computing for memory operands into the block.
1311     if (optimizeInlineAsmInst(CI))
1312       return true;
1313   }
1314
1315   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1316   // idea
1317   unsigned MinSize, PrefAlign;
1318   if (TLI && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1319     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1320       // We want to align both objects whose address is used directly and
1321       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1322       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1323       // if size - offset meets the size threshold.
1324       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1325         continue;
1326       APInt Offset(DL->getPointerSizeInBits(
1327                        cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()),
1328                    0);
1329       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, Offset);
1330       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1331       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1332         continue;
1333       AllocaInst *AI;
1334       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) && AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1335           DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1336         AI->setAlignment(PrefAlign);
1337       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1338       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1339       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1340       // forbidden.
1341       GlobalVariable *GV;
1342       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) && GV->hasUniqueInitializer() &&
1343           !GV->hasSection() && GV->getAlignment() < PrefAlign &&
1344           DL->getTypeAllocSize(GV->getType()->getElementType()) >=
1345               MinSize + Offset2)
1346         GV->setAlignment(PrefAlign);
1347     }
1348     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1349     // alignment
1350     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1351       unsigned Align = getKnownAlignment(MI->getDest(), *DL);
1352       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
1353         Align = std::min(Align, getKnownAlignment(MTI->getSource(), *DL));
1354       if (Align > MI->getAlignment())
1355         MI->setAlignment(ConstantInt::get(MI->getAlignmentType(), Align));
1356     }
1357   }
1358
1359   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1360   if (II) {
1361     switch (II->getIntrinsicID()) {
1362     default: break;
1363     case Intrinsic::objectsize: {
1364       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1365       bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
1366       Type *ReturnTy = CI->getType();
1367       Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
1368
1369       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
1370       // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
1371       // happens.
1372       WeakVH IterHandle(&*CurInstIterator);
1373
1374       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
1375                                     TLInfo, nullptr);
1376
1377       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
1378       // start of the block.
1379       if (IterHandle != CurInstIterator.getNodePtrUnchecked()) {
1380         CurInstIterator = BB->begin();
1381         SunkAddrs.clear();
1382       }
1383       return true;
1384     }
1385     case Intrinsic::masked_load: {
1386       // Scalarize unsupported vector masked load
1387       if (!TTI->isLegalMaskedLoad(CI->getType(), 1)) {
1388         ScalarizeMaskedLoad(CI);
1389         ModifiedDT = true;
1390         return true;
1391       }
1392       return false;
1393     }
1394     case Intrinsic::masked_store: {
1395       if (!TTI->isLegalMaskedStore(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1)) {
1396         ScalarizeMaskedStore(CI);
1397         ModifiedDT = true;
1398         return true;
1399       }
1400       return false;
1401     }
1402     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
1403     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
1404       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
1405       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
1406           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
1407         return false;
1408       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
1409       ExtVal->moveBefore(CI);
1410       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
1411       // optimizations don't touch it.
1412       InsertedInsts.insert(ExtVal);
1413       return true;
1414     }
1415     case Intrinsic::invariant_group_barrier:
1416       II->replaceAllUsesWith(II->getArgOperand(0));
1417       II->eraseFromParent();
1418       return true;
1419     }
1420
1421     if (TLI) {
1422       // Unknown address space.
1423       // TODO: Target hook to pick which address space the intrinsic cares
1424       // about?
1425       unsigned AddrSpace = ~0u;
1426       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1427       Type *AccessTy;
1428       if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy, AddrSpace))
1429         while (!PtrOps.empty())
1430           if (optimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy, AddrSpace))
1431             return true;
1432     }
1433   }
1434
1435   // From here on out we're working with named functions.
1436   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1437
1438   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1439   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1440   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1441   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1442   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1443   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1444     CI->replaceAllUsesWith(V);
1445     CI->eraseFromParent();
1446     return true;
1447   }
1448   return false;
1449 }
1450
1451 /// Look for opportunities to duplicate return instructions to the predecessor
1452 /// to enable tail call optimizations. The case it is currently looking for is:
1453 /// @code
1454 /// bb0:
1455 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1456 ///   br label %return
1457 /// bb1:
1458 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1459 ///   br label %return
1460 /// bb2:
1461 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1462 ///   br label %return
1463 /// return:
1464 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1465 ///   ret i32 %retval
1466 /// @endcode
1467 ///
1468 /// =>
1469 ///
1470 /// @code
1471 /// bb0:
1472 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1473 ///   ret i32 %tmp0
1474 /// bb1:
1475 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1476 ///   ret i32 %tmp1
1477 /// bb2:
1478 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1479 ///   ret i32 %tmp2
1480 /// @endcode
1481 bool CodeGenPrepare::dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1482   if (!TLI)
1483     return false;
1484
1485   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1486   if (!RI)
1487     return false;
1488
1489   PHINode *PN = nullptr;
1490   BitCastInst *BCI = nullptr;
1491   Value *V = RI->getReturnValue();
1492   if (V) {
1493     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1494     if (BCI)
1495       V = BCI->getOperand(0);
1496
1497     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1498     if (!PN)
1499       return false;
1500   }
1501
1502   if (PN && PN->getParent() != BB)
1503     return false;
1504
1505   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
1506   // See llvm::isInTailCallPosition().
1507   const Function *F = BB->getParent();
1508   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
1509   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
1510       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
1511     return false;
1512
1513   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1514   // return is the first instruction in the block.
1515   if (PN) {
1516     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1517     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1518     if (&*BI == BCI)
1519       // Also skip over the bitcast.
1520       ++BI;
1521     if (&*BI != RI)
1522       return false;
1523   } else {
1524     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1525     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1526     if (&*BI != RI)
1527       return false;
1528   }
1529
1530   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1531   /// call.
1532   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1533   if (PN) {
1534     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1535       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1536       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1537       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1538           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1539         TailCalls.push_back(CI);
1540     }
1541   } else {
1542     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1543     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1544       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1545         continue;
1546
1547       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1548       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1549       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1550       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1551       if (RI == RE)
1552         continue;
1553
1554       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1555       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1556         TailCalls.push_back(CI);
1557     }
1558   }
1559
1560   bool Changed = false;
1561   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1562     CallInst *CI = TailCalls[i];
1563     CallSite CS(CI);
1564
1565     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1566     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1567     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1568     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1569           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1570         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1571           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1572       continue;
1573
1574     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1575     // the return block.
1576     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1577     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1578     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1579       continue;
1580
1581     // Duplicate the return into CallBB.
1582     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1583     ModifiedDT = Changed = true;
1584     ++NumRetsDup;
1585   }
1586
1587   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1588   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1589     BB->eraseFromParent();
1590
1591   return Changed;
1592 }
1593
1594 //===----------------------------------------------------------------------===//
1595 // Memory Optimization
1596 //===----------------------------------------------------------------------===//
1597
1598 namespace {
1599
1600 /// This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
1601 /// which holds actual Value*'s for register values.
1602 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
1603   Value *BaseReg;
1604   Value *ScaledReg;
1605   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
1606   void print(raw_ostream &OS) const;
1607   void dump() const;
1608
1609   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
1610     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
1611            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
1612            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
1613   }
1614 };
1615
1616 #ifndef NDEBUG
1617 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
1618   AM.print(OS);
1619   return OS;
1620 }
1621 #endif
1622
1623 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
1624   bool NeedPlus = false;
1625   OS << "[";
1626   if (BaseGV) {
1627     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1628        << "GV:";
1629     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1630     NeedPlus = true;
1631   }
1632
1633   if (BaseOffs) {
1634     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1635        << BaseOffs;
1636     NeedPlus = true;
1637   }
1638
1639   if (BaseReg) {
1640     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1641        << "Base:";
1642     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1643     NeedPlus = true;
1644   }
1645   if (Scale) {
1646     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
1647        << Scale << "*";
1648     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
1649   }
1650
1651   OS << ']';
1652 }
1653
1654 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1655 void ExtAddrMode::dump() const {
1656   print(dbgs());
1657   dbgs() << '\n';
1658 }
1659 #endif
1660
1661 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
1662 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
1663 /// can be undone (rollback) until commit is called.
1664 class TypePromotionTransaction {
1665
1666   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
1667   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
1668   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
1669   class TypePromotionAction {
1670   protected:
1671     /// The Instruction modified.
1672     Instruction *Inst;
1673
1674   public:
1675     /// \brief Constructor of the action.
1676     /// The constructor performs the related action on the IR.
1677     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
1678
1679     virtual ~TypePromotionAction() {}
1680
1681     /// \brief Undo the modification done by this action.
1682     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
1683     /// before this action was applied.
1684     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
1685     /// state as it was directly after this action was applied.
1686     virtual void undo() = 0;
1687
1688     /// \brief Advocate every change made by this action.
1689     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
1690     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
1691     virtual void commit() {
1692       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
1693     }
1694   };
1695
1696   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
1697   class InsertionHandler {
1698     /// Position of an instruction.
1699     /// Either an instruction:
1700     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
1701     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
1702     union {
1703       Instruction *PrevInst;
1704       BasicBlock *BB;
1705     } Point;
1706     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
1707     bool HasPrevInstruction;
1708
1709   public:
1710     /// \brief Record the position of \p Inst.
1711     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
1712       BasicBlock::iterator It = Inst->getIterator();
1713       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
1714       if (HasPrevInstruction)
1715         Point.PrevInst = &*--It;
1716       else
1717         Point.BB = Inst->getParent();
1718     }
1719
1720     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
1721     void insert(Instruction *Inst) {
1722       if (HasPrevInstruction) {
1723         if (Inst->getParent())
1724           Inst->removeFromParent();
1725         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
1726       } else {
1727         Instruction *Position = &*Point.BB->getFirstInsertionPt();
1728         if (Inst->getParent())
1729           Inst->moveBefore(Position);
1730         else
1731           Inst->insertBefore(Position);
1732       }
1733     }
1734   };
1735
1736   /// \brief Move an instruction before another.
1737   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
1738     /// Original position of the instruction.
1739     InsertionHandler Position;
1740
1741   public:
1742     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
1743     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
1744         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
1745       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
1746       Inst->moveBefore(Before);
1747     }
1748
1749     /// \brief Move the instruction back to its original position.
1750     void undo() override {
1751       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
1752       Position.insert(Inst);
1753     }
1754   };
1755
1756   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
1757   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
1758     /// Original operand of the instruction.
1759     Value *Origin;
1760     /// Index of the modified instruction.
1761     unsigned Idx;
1762
1763   public:
1764     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
1765     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
1766         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
1767       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
1768                    << "for:" << *Inst << "\n"
1769                    << "with:" << *NewVal << "\n");
1770       Origin = Inst->getOperand(Idx);
1771       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
1772     }
1773
1774     /// \brief Restore the original value of the instruction.
1775     void undo() override {
1776       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
1777                    << "for: " << *Inst << "\n"
1778                    << "with: " << *Origin << "\n");
1779       Inst->setOperand(Idx, Origin);
1780     }
1781   };
1782
1783   /// \brief Hide the operands of an instruction.
1784   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
1785   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
1786     /// The list of original operands.
1787     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
1788
1789   public:
1790     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
1791     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
1792       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1793       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
1794       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
1795       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
1796         // Save the current operand.
1797         Value *Val = Inst->getOperand(It);
1798         OriginalValues.push_back(Val);
1799         // Set a dummy one.
1800         // We could use OperandSetter here, but that would imply an overhead
1801         // that we are not willing to pay.
1802         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
1803       }
1804     }
1805
1806     /// \brief Restore the original list of uses.
1807     void undo() override {
1808       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
1809       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
1810         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
1811     }
1812   };
1813
1814   /// \brief Build a truncate instruction.
1815   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
1816     Value *Val;
1817   public:
1818     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1819     /// result.
1820     /// trunc Opnd to Ty.
1821     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
1822       IRBuilder<> Builder(Opnd);
1823       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
1824       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1825     }
1826
1827     /// \brief Get the built value.
1828     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1829
1830     /// \brief Remove the built instruction.
1831     void undo() override {
1832       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
1833       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1834         IVal->eraseFromParent();
1835     }
1836   };
1837
1838   /// \brief Build a sign extension instruction.
1839   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
1840     Value *Val;
1841   public:
1842     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1843     /// result.
1844     /// sext Opnd to Ty.
1845     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1846         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1847       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1848       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
1849       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1850     }
1851
1852     /// \brief Get the built value.
1853     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1854
1855     /// \brief Remove the built instruction.
1856     void undo() override {
1857       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
1858       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1859         IVal->eraseFromParent();
1860     }
1861   };
1862
1863   /// \brief Build a zero extension instruction.
1864   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
1865     Value *Val;
1866   public:
1867     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
1868     /// result.
1869     /// zext Opnd to Ty.
1870     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
1871         : TypePromotionAction(InsertPt) {
1872       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1873       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
1874       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1875     }
1876
1877     /// \brief Get the built value.
1878     Value *getBuiltValue() { return Val; }
1879
1880     /// \brief Remove the built instruction.
1881     void undo() override {
1882       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
1883       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
1884         IVal->eraseFromParent();
1885     }
1886   };
1887
1888   /// \brief Mutate an instruction to another type.
1889   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
1890     /// Record the original type.
1891     Type *OrigTy;
1892
1893   public:
1894     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
1895     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
1896         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
1897       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
1898                    << "\n");
1899       Inst->mutateType(NewTy);
1900     }
1901
1902     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
1903     void undo() override {
1904       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
1905                    << "\n");
1906       Inst->mutateType(OrigTy);
1907     }
1908   };
1909
1910   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
1911   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
1912     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
1913     struct InstructionAndIdx {
1914       /// The instruction using the instruction.
1915       Instruction *Inst;
1916       /// The index where this instruction is used for Inst.
1917       unsigned Idx;
1918       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
1919           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
1920     };
1921
1922     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
1923     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
1924     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
1925
1926   public:
1927     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
1928     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
1929       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
1930                    << "\n");
1931       // Record the original uses.
1932       for (Use &U : Inst->uses()) {
1933         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
1934         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
1935       }
1936       // Now, we can replace the uses.
1937       Inst->replaceAllUsesWith(New);
1938     }
1939
1940     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
1941     void undo() override {
1942       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
1943       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
1944                         EndIt = OriginalUses.end();
1945            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
1946         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
1947       }
1948     }
1949   };
1950
1951   /// \brief Remove an instruction from the IR.
1952   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
1953     /// Original position of the instruction.
1954     InsertionHandler Inserter;
1955     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
1956     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
1957     OperandsHider Hider;
1958     /// Keep track of the uses replaced, if any.
1959     UsesReplacer *Replacer;
1960
1961   public:
1962     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
1963     /// uses with New.
1964     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
1965     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
1966         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
1967           Replacer(nullptr) {
1968       if (New)
1969         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
1970       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1971       Inst->removeFromParent();
1972     }
1973
1974     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
1975
1976     /// \brief Really remove the instruction.
1977     void commit() override { delete Inst; }
1978
1979     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
1980     /// new value was provided when build this action.
1981     void undo() override {
1982       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
1983       Inserter.insert(Inst);
1984       if (Replacer)
1985         Replacer->undo();
1986       Hider.undo();
1987     }
1988   };
1989
1990 public:
1991   /// Restoration point.
1992   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
1993   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
1994   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
1995   /// Advocate every changes made in that transaction.
1996   void commit();
1997   /// Undo all the changes made after the given point.
1998   void rollback(ConstRestorationPt Point);
1999   /// Get the current restoration point.
2000   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
2001
2002   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
2003   /// @{
2004   /// Same as Instruction::setOperand.
2005   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2006   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2007   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2008   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2009   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2010   /// Same as Value::mutateType.
2011   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2012   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2013   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2014   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2015   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2016   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2017   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2018   /// Same as Instruction::moveBefore.
2019   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2020   /// @}
2021
2022 private:
2023   /// The ordered list of actions made so far.
2024   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2025   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
2026 };
2027
2028 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2029                                           Value *NewVal) {
2030   Actions.push_back(
2031       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
2032 }
2033
2034 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2035                                                 Value *NewVal) {
2036   Actions.push_back(
2037       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
2038 }
2039
2040 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2041                                                   Value *New) {
2042   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2043 }
2044
2045 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2046   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2047 }
2048
2049 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2050                                              Type *Ty) {
2051   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2052   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2053   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2054   return Val;
2055 }
2056
2057 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2058                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2059   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2060   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2061   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2062   return Val;
2063 }
2064
2065 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2066                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2067   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2068   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2069   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2070   return Val;
2071 }
2072
2073 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2074                                           Instruction *Before) {
2075   Actions.push_back(
2076       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
2077 }
2078
2079 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2080 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2081   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2082 }
2083
2084 void TypePromotionTransaction::commit() {
2085   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2086        ++It)
2087     (*It)->commit();
2088   Actions.clear();
2089 }
2090
2091 void TypePromotionTransaction::rollback(
2092     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2093   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2094     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2095     Curr->undo();
2096   }
2097 }
2098
2099 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
2100 ///
2101 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2102 class AddressingModeMatcher {
2103   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2104   const TargetMachine &TM;
2105   const TargetLowering &TLI;
2106   const DataLayout &DL;
2107
2108   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2109   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2110   Type *AccessTy;
2111   unsigned AddrSpace;
2112   Instruction *MemoryInst;
2113
2114   /// This is the addressing mode that we're building up. This is
2115   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2116   ExtAddrMode &AddrMode;
2117
2118   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2119   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
2120   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2121   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2122   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2123   TypePromotionTransaction &TPT;
2124
2125   /// This is set to true when we should not do profitability checks.
2126   /// When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode always returns true.
2127   bool IgnoreProfitability;
2128
2129   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI,
2130                         const TargetMachine &TM, Type *AT, unsigned AS,
2131                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
2132                         const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2133                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2134                         TypePromotionTransaction &TPT)
2135       : AddrModeInsts(AMI), TM(TM),
2136         TLI(*TM.getSubtargetImpl(*MI->getParent()->getParent())
2137                  ->getTargetLowering()),
2138         DL(MI->getModule()->getDataLayout()), AccessTy(AT), AddrSpace(AS),
2139         MemoryInst(MI), AddrMode(AM), InsertedInsts(InsertedInsts),
2140         PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
2141     IgnoreProfitability = false;
2142   }
2143 public:
2144
2145   /// Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2146   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2147   /// instructions in AddrModeInsts.
2148   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
2149   /// optimizations.
2150   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2151   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2152   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS,
2153                            Instruction *MemoryInst,
2154                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
2155                            const TargetMachine &TM,
2156                            const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2157                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2158                            TypePromotionTransaction &TPT) {
2159     ExtAddrMode Result;
2160
2161     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TM, AccessTy, AS,
2162                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
2163                                          PromotedInsts, TPT).matchAddr(V, 0);
2164     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2165     return Result;
2166   }
2167 private:
2168   bool matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2169   bool matchAddr(Value *V, unsigned Depth);
2170   bool matchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2171                           bool *MovedAway = nullptr);
2172   bool isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2173                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2174                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2175   bool valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2176   bool isPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2177                              Value *PromotedOperand) const;
2178 };
2179
2180 /// Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
2181 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
2182 /// false if not.
2183 bool AddressingModeMatcher::matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
2184                                              unsigned Depth) {
2185   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
2186   // mode.  Just process that directly.
2187   if (Scale == 1)
2188     return matchAddr(ScaleReg, Depth);
2189
2190   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
2191   if (Scale == 0)
2192     return true;
2193
2194   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
2195   // need an available scale field.
2196   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
2197     return false;
2198
2199   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
2200
2201   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
2202   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
2203   TestAddrMode.Scale += Scale;
2204   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
2205
2206   // If the new address isn't legal, bail out.
2207   if (!TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2208     return false;
2209
2210   // It was legal, so commit it.
2211   AddrMode = TestAddrMode;
2212
2213   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
2214   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
2215   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
2216   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
2217   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
2218       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
2219     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
2220     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
2221
2222     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
2223     // this instruction.
2224     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
2225       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
2226       AddrMode = TestAddrMode;
2227       return true;
2228     }
2229   }
2230
2231   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
2232   return true;
2233 }
2234
2235 /// This is a little filter, which returns true if an addressing computation
2236 /// involving I might be folded into a load/store accessing it.
2237 /// This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
2238 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
2239 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
2240   switch (I->getOpcode()) {
2241   case Instruction::BitCast:
2242   case Instruction::AddrSpaceCast:
2243     // Don't touch identity bitcasts.
2244     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
2245       return false;
2246     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
2247   case Instruction::PtrToInt:
2248     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2249     return true;
2250   case Instruction::IntToPtr:
2251     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
2252     return true;
2253   case Instruction::Add:
2254     return true;
2255   case Instruction::Mul:
2256   case Instruction::Shl:
2257     // Can only handle X*C and X << C.
2258     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
2259   case Instruction::GetElementPtr:
2260     return true;
2261   default:
2262     return false;
2263   }
2264 }
2265
2266 /// \brief Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
2267 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
2268 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
2269 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
2270 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI,
2271                                        const DataLayout &DL, Value *Val) {
2272   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
2273   if (!PromotedInst)
2274     return false;
2275   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
2276   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
2277   if (!ISDOpcode)
2278     return true;
2279   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
2280   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
2281       ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, PromotedInst->getType()));
2282 }
2283
2284 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
2285 class TypePromotionHelper {
2286   /// \brief Utility function to check whether or not a sign or zero extension
2287   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
2288   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
2289   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
2290   /// In other words, check if:
2291   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
2292   /// #1 Promotion applies:
2293   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
2294   /// #2 Operand reuses:
2295   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
2296   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2297   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
2298                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
2299
2300   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
2301   /// promoting \p Inst.
2302   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
2303     if (isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0)
2304       return false;
2305     return true;
2306   }
2307
2308   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2309   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
2310   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2311   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
2312   /// created to promote the operand of Ext.
2313   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2314   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2315   /// Should never be called directly.
2316   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2317   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2318       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2319       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2320       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2321       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
2322
2323   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2324   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
2325   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2326   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
2327   /// created to promote the operand of Ext.
2328   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2329   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2330   /// Should never be called directly.
2331   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2332   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
2333                                        TypePromotionTransaction &TPT,
2334                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2335                                        unsigned &CreatedInstsCost,
2336                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2337                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2338                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
2339
2340   /// \see promoteOperandForOther.
2341   static Value *signExtendOperandForOther(
2342       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2343       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2344       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2345       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2346     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2347                                   Exts, Truncs, TLI, true);
2348   }
2349
2350   /// \see promoteOperandForOther.
2351   static Value *zeroExtendOperandForOther(
2352       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2353       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2354       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2355       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2356     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2357                                   Exts, Truncs, TLI, false);
2358   }
2359
2360 public:
2361   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
2362   typedef Value *(*Action)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2363                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2364                            unsigned &CreatedInstsCost,
2365                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2366                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2367                            const TargetLowering &TLI);
2368   /// \brief Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the approriate
2369   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
2370   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
2371   /// sign extension.
2372   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
2373   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
2374   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
2375   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
2376   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2377   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2378                           const TargetLowering &TLI,
2379                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
2380 };
2381
2382 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
2383                                         Type *ConsideredExtType,
2384                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2385                                         bool IsSExt) {
2386   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
2387   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
2388   // statically extend, e.g., constants and such.
2389   if (Inst->getType()->isVectorTy())
2390     return false;
2391
2392   // We can always get through zext.
2393   if (isa<ZExtInst>(Inst))
2394     return true;
2395
2396   // sext(sext) is ok too.
2397   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
2398     return true;
2399
2400   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
2401   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
2402   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
2403   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
2404       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
2405        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
2406     return true;
2407
2408   // Check if we can do the following simplification.
2409   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
2410   if (!isa<TruncInst>(Inst))
2411     return false;
2412
2413   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
2414   // Check if we can use this operand in the extension.
2415   // If the type is larger than the result type of the extension, we cannot.
2416   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
2417       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
2418           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
2419     return false;
2420
2421   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
2422   // any information on the dropped bits.
2423   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
2424   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
2425   if (!Opnd)
2426     return false;
2427
2428   // Check if the source of the type is narrow enough.
2429   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
2430   // the extension.
2431   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
2432   const Type *OpndType;
2433   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
2434   if (It != PromotedInsts.end() && It->second.getInt() == IsSExt)
2435     OpndType = It->second.getPointer();
2436   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
2437     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
2438   else
2439     return false;
2440
2441   // #2 check that the truncate just drops extended bits.
2442   if (Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >= OpndType->getIntegerBitWidth())
2443     return true;
2444
2445   return false;
2446 }
2447
2448 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
2449     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2450     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
2451   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
2452          "Unexpected instruction type");
2453   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2454   Type *ExtTy = Ext->getType();
2455   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
2456   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
2457   // get through.
2458   // If it, check we can get through.
2459   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
2460     return nullptr;
2461
2462   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
2463   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
2464   // redone, thus causing potential infinite loop.
2465   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
2466     return nullptr;
2467
2468   // SExt or Trunc instructions.
2469   // Return the related handler.
2470   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
2471       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
2472     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
2473
2474   // Regular instruction.
2475   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
2476   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
2477     return nullptr;
2478   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
2479 }
2480
2481 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2482     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
2483     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2484     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2485     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2486   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
2487   // get through it and this method should not be called.
2488   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
2489   Value *ExtVal = SExt;
2490   bool HasMergedNonFreeExt = false;
2491   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
2492     // Replace s|zext(zext(opnd))
2493     // => zext(opnd).
2494     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
2495     Value *ZExt =
2496         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
2497     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
2498     TPT.eraseInstruction(SExt);
2499     ExtVal = ZExt;
2500   } else {
2501     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
2502     // => z|sext(opnd).
2503     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
2504   }
2505   CreatedInstsCost = 0;
2506
2507   // Remove dead code.
2508   if (SExtOpnd->use_empty())
2509     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
2510
2511   // Check if the extension is still needed.
2512   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
2513   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
2514     if (ExtInst) {
2515       if (Exts)
2516         Exts->push_back(ExtInst);
2517       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
2518     }
2519     return ExtVal;
2520   }
2521
2522   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
2523   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
2524   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
2525   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
2526   return NextVal;
2527 }
2528
2529 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
2530     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2531     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2532     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2533     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
2534     bool IsSExt) {
2535   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
2536   // get through it and this method should not be called.
2537   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2538   CreatedInstsCost = 0;
2539   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
2540     // ExtOpnd will be promoted.
2541     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
2542     // promoted version.
2543     // Create the truncate now.
2544     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
2545     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
2546       ITrunc->removeFromParent();
2547       // Insert it just after the definition.
2548       ITrunc->insertAfter(ExtOpnd);
2549       if (Truncs)
2550         Truncs->push_back(ITrunc);
2551     }
2552
2553     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
2554     // Restore the operand of Ext (which has been replaced by the previous call
2555     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
2556     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
2557   }
2558
2559   // Get through the Instruction:
2560   // 1. Update its type.
2561   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
2562   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
2563
2564   // Remember the original type of the instruction before promotion.
2565   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
2566   PromotedInsts.insert(std::pair<Instruction *, TypeIsSExt>(
2567       ExtOpnd, TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), IsSExt)));
2568   // Step #1.
2569   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
2570   // Step #2.
2571   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
2572   // Step #3.
2573   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
2574
2575   DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
2576   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
2577        ++OpIdx) {
2578     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
2579     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
2580         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
2581       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
2582       continue;
2583     }
2584     // Check if we can statically extend the operand.
2585     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
2586     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
2587       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2588       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
2589       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
2590                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
2591       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
2592       continue;
2593     }
2594     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
2595     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
2596       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2597       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
2598       continue;
2599     }
2600
2601     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
2602     // Check if Ext was reused to extend an operand.
2603     if (!ExtForOpnd) {
2604       // If yes, create a new one.
2605       DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
2606       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
2607         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
2608       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
2609         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
2610         continue;
2611       }
2612       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
2613     }
2614     if (Exts)
2615       Exts->push_back(ExtForOpnd);
2616     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
2617
2618     // Move the sign extension before the insertion point.
2619     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
2620     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
2621     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
2622     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
2623     ExtForOpnd = nullptr;
2624   }
2625   if (ExtForOpnd == Ext) {
2626     DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
2627     TPT.eraseInstruction(Ext);
2628   }
2629   return ExtOpnd;
2630 }
2631
2632 /// Check whether or not promoting an instruction to a wider type is profitable.
2633 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
2634 /// promotion.
2635 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
2636 /// plus the number of instructions that have been
2637 /// matched in the addressing mode the promotion.
2638 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
2639 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
2640 bool AddressingModeMatcher::isPromotionProfitable(
2641     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
2642   DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost << '\n');
2643   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
2644   // old extension plus what we folded.
2645   // This is not profitable.
2646   if (NewCost > OldCost)
2647     return false;
2648   if (NewCost < OldCost)
2649     return true;
2650   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
2651   // loads for instance.
2652   // Check that we did not create an illegal instruction.
2653   return isPromotedInstructionLegal(TLI, DL, PromotedOperand);
2654 }
2655
2656 /// Given an instruction or constant expr, see if we can fold the operation
2657 /// into the addressing mode. If so, update the addressing mode and return
2658 /// true, otherwise return false without modifying AddrMode.
2659 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
2660 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
2661 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
2662 /// because it has been moved away.
2663 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
2664 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
2665 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
2666 /// not be referenced anymore.
2667 bool AddressingModeMatcher::matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
2668                                                unsigned Depth,
2669                                                bool *MovedAway) {
2670   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
2671   if (Depth >= 5) return false;
2672
2673   // By default, all matched instructions stay in place.
2674   if (MovedAway)
2675     *MovedAway = false;
2676
2677   switch (Opcode) {
2678   case Instruction::PtrToInt:
2679     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2680     return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2681   case Instruction::IntToPtr: {
2682     auto AS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
2683     auto PtrTy = MVT::getIntegerVT(DL.getPointerSizeInBits(AS));
2684     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
2685     if (TLI.getValueType(DL, AddrInst->getOperand(0)->getType()) == PtrTy)
2686       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2687     return false;
2688   }
2689   case Instruction::BitCast:
2690     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
2691     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
2692     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
2693          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
2694         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
2695         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
2696         // is doing.
2697         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
2698       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2699     return false;
2700   case Instruction::AddrSpaceCast: {
2701     unsigned SrcAS
2702       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
2703     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
2704     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
2705       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
2706     return false;
2707   }
2708   case Instruction::Add: {
2709     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
2710     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2711     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2712     // Start a transaction at this point.
2713     // The LHS may match but not the RHS.
2714     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
2715     // matched operation.
2716     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2717         TPT.getRestorationPoint();
2718
2719     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
2720         matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2721       return true;
2722
2723     // Restore the old addr mode info.
2724     AddrMode = BackupAddrMode;
2725     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2726     TPT.rollback(LastKnownGood);
2727
2728     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
2729     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
2730         matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
2731       return true;
2732
2733     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
2734     AddrMode = BackupAddrMode;
2735     AddrModeInsts.resize(OldSize);
2736     TPT.rollback(LastKnownGood);
2737     break;
2738   }
2739   //case Instruction::Or:
2740   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
2741   //break;
2742   case Instruction::Mul:
2743   case Instruction::Shl: {
2744     // Can only handle X*C and X << C.
2745     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
2746     if (!RHS)
2747       return false;
2748     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
2749     if (Opcode == Instruction::Shl)
2750       Scale = 1LL << Scale;
2751
2752     return matchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
2753   }
2754   case Instruction::GetElementPtr: {
2755     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
2756     // one variable offset.
2757     int VariableOperand = -1;
2758     unsigned VariableScale = 0;
2759
2760     int64_t ConstantOffset = 0;
2761     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
2762     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
2763       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
2764         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
2765         unsigned Idx =
2766           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
2767         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
2768       } else {
2769         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
2770         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
2771           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
2772         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
2773           // We only allow one variable index at the moment.
2774           if (VariableOperand != -1)
2775             return false;
2776
2777           // Remember the variable index.
2778           VariableOperand = i;
2779           VariableScale = TypeSize;
2780         }
2781       }
2782     }
2783
2784     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
2785     // just add it to the disp field and check validity.
2786     if (VariableOperand == -1) {
2787       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2788       if (ConstantOffset == 0 ||
2789           TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
2790         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
2791         if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
2792           return true;
2793       }
2794       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
2795       return false;
2796     }
2797
2798     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
2799     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2800     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2801
2802     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
2803     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2804
2805     // Match the base operand of the GEP.
2806     if (!matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
2807       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
2808       if (AddrMode.HasBaseReg) {
2809         AddrMode = BackupAddrMode;
2810         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2811         return false;
2812       }
2813       AddrMode.HasBaseReg = true;
2814       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2815     }
2816
2817     // Match the remaining variable portion of the GEP.
2818     if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
2819                           Depth)) {
2820       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
2821       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
2822       AddrMode = BackupAddrMode;
2823       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2824       if (AddrMode.HasBaseReg)
2825         return false;
2826       AddrMode.HasBaseReg = true;
2827       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
2828       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
2829       if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
2830                             VariableScale, Depth)) {
2831         // If even that didn't work, bail.
2832         AddrMode = BackupAddrMode;
2833         AddrModeInsts.resize(OldSize);
2834         return false;
2835       }
2836     }
2837
2838     return true;
2839   }
2840   case Instruction::SExt:
2841   case Instruction::ZExt: {
2842     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
2843     if (!Ext)
2844       return false;
2845
2846     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
2847     // Ask for a method for doing so.
2848     TypePromotionHelper::Action TPH =
2849         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
2850     if (!TPH)
2851       return false;
2852
2853     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2854         TPT.getRestorationPoint();
2855     unsigned CreatedInstsCost = 0;
2856     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
2857     Value *PromotedOperand =
2858         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
2859     // SExt has been moved away.
2860     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
2861     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
2862     // E.g.,
2863     // op = add opnd, 1
2864     // idx = ext op
2865     // addr = gep base, idx
2866     // is now:
2867     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
2868     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
2869     // addr = gep base, op                <- match
2870     if (MovedAway)
2871       *MovedAway = true;
2872
2873     assert(PromotedOperand &&
2874            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
2875
2876     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2877     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2878
2879     if (!matchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
2880         // The total of the new cost is equal to the cost of the created
2881         // instructions.
2882         // The total of the old cost is equal to the cost of the extension plus
2883         // what we have saved in the addressing mode.
2884         !isPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
2885                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
2886                                PromotedOperand)) {
2887       AddrMode = BackupAddrMode;
2888       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2889       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
2890       TPT.rollback(LastKnownGood);
2891       return false;
2892     }
2893     return true;
2894   }
2895   }
2896   return false;
2897 }
2898
2899 /// If we can, try to add the value of 'Addr' into the current addressing mode.
2900 /// If Addr can't be added to AddrMode this returns false and leaves AddrMode
2901 /// unmodified. This assumes that Addr is either a pointer type or intptr_t
2902 /// for the target.
2903 ///
2904 bool AddressingModeMatcher::matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
2905   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
2906   // fails.
2907   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
2908       TPT.getRestorationPoint();
2909   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
2910     // Fold in immediates if legal for the target.
2911     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
2912     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2913       return true;
2914     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
2915   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
2916     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
2917     if (!AddrMode.BaseGV) {
2918       AddrMode.BaseGV = GV;
2919       if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2920         return true;
2921       AddrMode.BaseGV = nullptr;
2922     }
2923   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
2924     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
2925     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
2926
2927     // Check to see if it is possible to fold this operation.
2928     bool MovedAway = false;
2929     if (matchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
2930       // This instruction may have been moved away. If so, there is nothing
2931       // to check here.
2932       if (MovedAway)
2933         return true;
2934       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
2935       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
2936       // register pressure too much.
2937       if (I->hasOneUse() ||
2938           isProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
2939         AddrModeInsts.push_back(I);
2940         return true;
2941       }
2942
2943       // It isn't profitable to do this, roll back.
2944       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
2945       AddrMode = BackupAddrMode;
2946       AddrModeInsts.resize(OldSize);
2947       TPT.rollback(LastKnownGood);
2948     }
2949   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
2950     if (matchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
2951       return true;
2952     TPT.rollback(LastKnownGood);
2953   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
2954     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
2955     return true;
2956   }
2957
2958   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
2959   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
2960     AddrMode.HasBaseReg = true;
2961     AddrMode.BaseReg = Addr;
2962     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
2963     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2964       return true;
2965     AddrMode.HasBaseReg = false;
2966     AddrMode.BaseReg = nullptr;
2967   }
2968
2969   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
2970   if (AddrMode.Scale == 0) {
2971     AddrMode.Scale = 1;
2972     AddrMode.ScaledReg = Addr;
2973     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2974       return true;
2975     AddrMode.Scale = 0;
2976     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
2977   }
2978   // Couldn't match.
2979   TPT.rollback(LastKnownGood);
2980   return false;
2981 }
2982
2983 /// Check to see if all uses of OpVal by the specified inline asm call are due
2984 /// to memory operands. If so, return true, otherwise return false.
2985 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
2986                                     const TargetMachine &TM) {
2987   const Function *F = CI->getParent()->getParent();
2988   const TargetLowering *TLI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getTargetLowering();
2989   const TargetRegisterInfo *TRI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getRegisterInfo();
2990   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
2991       TLI->ParseConstraints(F->getParent()->getDataLayout(), TRI,
2992                             ImmutableCallSite(CI));
2993   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
2994     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
2995
2996     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
2997     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
2998
2999     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
3000     // operand, we can't fold it!
3001     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
3002         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
3003          !OpInfo.isIndirect))
3004       return false;
3005   }
3006
3007   return true;
3008 }
3009
3010 /// Recursively walk all the uses of I until we find a memory use.
3011 /// If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
3012 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
3013 static bool FindAllMemoryUses(
3014     Instruction *I,
3015     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
3016     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetMachine &TM) {
3017   // If we already considered this instruction, we're done.
3018   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
3019     return false;
3020
3021   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
3022   if (!MightBeFoldableInst(I))
3023     return true;
3024
3025   // Loop over all the uses, recursively processing them.
3026   for (Use &U : I->uses()) {
3027     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
3028
3029     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
3030       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
3031       continue;
3032     }
3033
3034     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
3035       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3036       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
3037       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
3038       continue;
3039     }
3040
3041     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
3042       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
3043       if (!IA) return true;
3044
3045       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
3046       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TM))
3047         return true;
3048       continue;
3049     }
3050
3051     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3052       return true;
3053   }
3054
3055   return false;
3056 }
3057
3058 /// Return true if Val is already known to be live at the use site that we're
3059 /// folding it into. If so, there is no cost to include it in the addressing
3060 /// mode. KnownLive1 and KnownLive2 are two values that we know are live at the
3061 /// instruction already.
3062 bool AddressingModeMatcher::valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
3063                                                    Value *KnownLive2) {
3064   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
3065   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
3066     return true;
3067
3068   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
3069   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
3070
3071   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
3072   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
3073   // live for the whole function.
3074   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
3075     if (AI->isStaticAlloca())
3076       return true;
3077
3078   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
3079   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
3080   // can reasonably fold it.
3081   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
3082 }
3083
3084 /// It is possible for the addressing mode of the machine to fold the specified
3085 /// instruction into a load or store that ultimately uses it.
3086 /// However, the specified instruction has multiple uses.
3087 /// Given this, it may actually increase register pressure to fold it
3088 /// into the load. For example, consider this code:
3089 ///
3090 ///     X = ...
3091 ///     Y = X+1
3092 ///     use(Y)   -> nonload/store
3093 ///     Z = Y+1
3094 ///     load Z
3095 ///
3096 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
3097 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
3098 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
3099 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
3100 /// number of computations either.
3101 ///
3102 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
3103 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
3104 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
3105 bool AddressingModeMatcher::
3106 isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
3107                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
3108   if (IgnoreProfitability) return true;
3109
3110   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
3111   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
3112   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
3113   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
3114   // address extends the lifetime of.
3115   //
3116   // Note that there are only two potential values being referenced here,
3117   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
3118   // folded immediates).
3119   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
3120
3121   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
3122   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
3123   if (valueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3124     BaseReg = nullptr;
3125   if (valueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3126     ScaledReg = nullptr;
3127
3128   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
3129   // ranges, we're ok with it.
3130   if (!BaseReg && !ScaledReg)
3131     return true;
3132
3133   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
3134   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
3135   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
3136   // uses.
3137   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
3138   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
3139   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3140     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
3141
3142   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
3143   // computation involving only operations that could theoretically be folded
3144   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
3145   // *actually* fold the instruction.
3146   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
3147   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
3148     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
3149     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
3150
3151     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
3152     // know what it accesses.
3153     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
3154     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
3155     if (!AddrTy)
3156       return false;
3157     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
3158     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
3159
3160     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
3161     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
3162     // *actually* cover the shared instruction.
3163     ExtAddrMode Result;
3164     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3165         TPT.getRestorationPoint();
3166     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TM, AddressAccessTy, AS,
3167                                   MemoryInst, Result, InsertedInsts,
3168                                   PromotedInsts, TPT);
3169     Matcher.IgnoreProfitability = true;
3170     bool Success = Matcher.matchAddr(Address, 0);
3171     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
3172
3173     // The match was to check the profitability, the changes made are not
3174     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
3175     // otherwise the original matcher will not present the right state.
3176     TPT.rollback(LastKnownGood);
3177
3178     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
3179     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
3180                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
3181       return false;
3182
3183     MatchedAddrModeInsts.clear();
3184   }
3185
3186   return true;
3187 }
3188
3189 } // end anonymous namespace
3190
3191 /// Return true if the specified values are defined in a
3192 /// different basic block than BB.
3193 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
3194   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3195     return I->getParent() != BB;
3196   return false;
3197 }
3198
3199 /// Load and Store Instructions often have addressing modes that can do
3200 /// significant amounts of computation. As such, instruction selection will try
3201 /// to get the load or store to do as much computation as possible for the
3202 /// program. The problem is that isel can only see within a single block. As
3203 /// such, we sink as much legal addressing mode work into the block as possible.
3204 ///
3205 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
3206 /// operands.
3207 bool CodeGenPrepare::optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
3208                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
3209   Value *Repl = Addr;
3210
3211   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
3212   // unprofitable PRE transformations.
3213   SmallVector<Value*, 8> worklist;
3214   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
3215   worklist.push_back(Addr);
3216
3217   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
3218   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
3219   // are equivalent.
3220   Value *Consensus = nullptr;
3221   unsigned NumUsesConsensus = 0;
3222   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
3223   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
3224   ExtAddrMode AddrMode;
3225   TypePromotionTransaction TPT;
3226   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3227       TPT.getRestorationPoint();
3228   while (!worklist.empty()) {
3229     Value *V = worklist.back();
3230     worklist.pop_back();
3231
3232     // Break use-def graph loops.
3233     if (!Visited.insert(V).second) {
3234       Consensus = nullptr;
3235       break;
3236     }
3237
3238     // For a PHI node, push all of its incoming values.
3239     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3240       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
3241         worklist.push_back(IncValue);
3242       continue;
3243     }
3244
3245     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
3246     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
3247     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
3248       V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TM,
3249       InsertedInsts, PromotedInsts, TPT);
3250
3251     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
3252     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
3253     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
3254     // regression.
3255     if (!Consensus) {
3256       Consensus = V;
3257       AddrMode = NewAddrMode;
3258       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3259       continue;
3260     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
3261       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
3262         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
3263         IsNumUsesConsensusValid = true;
3264       }
3265
3266       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
3267       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
3268       // such root as representative, select the one with the most uses in order
3269       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
3270       // applicable.
3271       unsigned NumUses = V->getNumUses();
3272       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
3273         Consensus = V;
3274         NumUsesConsensus = NumUses;
3275         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3276       }
3277       continue;
3278     }
3279
3280     Consensus = nullptr;
3281     break;
3282   }
3283
3284   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
3285   // ones were determined, bail out now.
3286   if (!Consensus) {
3287     TPT.rollback(LastKnownGood);
3288     return false;
3289   }
3290   TPT.commit();
3291
3292   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
3293   // non-local to I's BB.
3294   bool AnyNonLocal = false;
3295   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
3296     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
3297       AnyNonLocal = true;
3298       break;
3299     }
3300   }
3301
3302   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
3303   if (!AnyNonLocal) {
3304     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
3305     return false;
3306   }
3307
3308   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
3309   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
3310   // guaranteed to happen later.
3311   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
3312
3313   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
3314   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
3315   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
3316   // computation.
3317   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
3318   if (SunkAddr) {
3319     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3320                  << *MemoryInst << "\n");
3321     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3322       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3323   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
3324              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM &&
3325               TM->getSubtargetImpl(*MemoryInst->getParent()->getParent())
3326                   ->useAA())) {
3327     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
3328     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
3329     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3330                  << *MemoryInst << "\n");
3331     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
3332     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
3333
3334     // First, find the pointer.
3335     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
3336       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
3337       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3338     }
3339
3340     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
3341       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
3342       // pointer (both of which seem meaningless).
3343       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
3344         return false;
3345
3346       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
3347       AddrMode.Scale = 0;
3348     }
3349
3350     if (AddrMode.BaseGV) {
3351       if (ResultPtr)
3352         return false;
3353
3354       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
3355     }
3356
3357     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
3358     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
3359     // use it here.
3360     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
3361       ResultPtr =
3362         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3363       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3364     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
3365       ResultPtr =
3366         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3367       AddrMode.Scale = 0;
3368     }
3369
3370     if (!ResultPtr &&
3371         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
3372       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3373     } else if (!ResultPtr) {
3374       return false;
3375     } else {
3376       Type *I8PtrTy =
3377           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
3378       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
3379
3380       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3381       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3382       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3383       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3384       // we'd end up sinking both muls.
3385       if (AddrMode.BaseReg) {
3386         Value *V = AddrMode.BaseReg;
3387         if (V->getType() != IntPtrTy)
3388           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3389
3390         ResultIndex = V;
3391       }
3392
3393       // Add the scale value.
3394       if (AddrMode.Scale) {
3395         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3396         if (V->getType() == IntPtrTy) {
3397           // done.
3398         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3399                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3400           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3401         } else {
3402           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3403           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3404           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3405           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3406           // do not match instead of extending it.
3407           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
3408           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
3409             I->eraseFromParent();
3410           return false;
3411         }
3412
3413         if (AddrMode.Scale != 1)
3414           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3415                                 "sunkaddr");
3416         if (ResultIndex)
3417           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
3418         else
3419           ResultIndex = V;
3420       }
3421
3422       // Add in the Base Offset if present.
3423       if (AddrMode.BaseOffs) {
3424         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3425         if (ResultIndex) {
3426           // We need to add this separately from the scale above to help with
3427           // SDAG consecutive load/store merging.
3428           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3429             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3430           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3431         }
3432
3433         ResultIndex = V;
3434       }
3435
3436       if (!ResultIndex) {
3437         SunkAddr = ResultPtr;
3438       } else {
3439         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3440           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3441         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3442       }
3443
3444       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3445         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3446     }
3447   } else {
3448     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3449                  << *MemoryInst << "\n");
3450     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
3451     Value *Result = nullptr;
3452
3453     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3454     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3455     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3456     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3457     // we'd end up sinking both muls.
3458     if (AddrMode.BaseReg) {
3459       Value *V = AddrMode.BaseReg;
3460       if (V->getType()->isPointerTy())
3461         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3462       if (V->getType() != IntPtrTy)
3463         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3464       Result = V;
3465     }
3466
3467     // Add the scale value.
3468     if (AddrMode.Scale) {
3469       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3470       if (V->getType() == IntPtrTy) {
3471         // done.
3472       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
3473         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3474       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3475                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3476         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3477       } else {
3478         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3479         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3480         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3481         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3482         // do not match instead of extending it.
3483         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
3484         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
3485           I->eraseFromParent();
3486         return false;
3487       }
3488       if (AddrMode.Scale != 1)
3489         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3490                               "sunkaddr");
3491       if (Result)
3492         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3493       else
3494         Result = V;
3495     }
3496
3497     // Add in the BaseGV if present.
3498     if (AddrMode.BaseGV) {
3499       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
3500       if (Result)
3501         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3502       else
3503         Result = V;
3504     }
3505
3506     // Add in the Base Offset if present.
3507     if (AddrMode.BaseOffs) {
3508       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3509       if (Result)
3510         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3511       else
3512         Result = V;
3513     }
3514
3515     if (!Result)
3516       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3517     else
3518       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
3519   }
3520
3521   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
3522
3523   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
3524   // using it.
3525   if (Repl->use_empty()) {
3526     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
3527     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
3528     WeakVH IterHandle(&*CurInstIterator);
3529     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
3530
3531     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
3532
3533     if (IterHandle != CurInstIterator.getNodePtrUnchecked()) {
3534       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
3535       // start of the block.
3536       CurInstIterator = BB->begin();
3537       SunkAddrs.clear();
3538     }
3539   }
3540   ++NumMemoryInsts;
3541   return true;
3542 }
3543
3544 /// If there are any memory operands, use OptimizeMemoryInst to sink their
3545 /// address computing into the block when possible / profitable.
3546 bool CodeGenPrepare::optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
3547   bool MadeChange = false;
3548
3549   const TargetRegisterInfo *TRI =
3550       TM->getSubtargetImpl(*CS->getParent()->getParent())->getRegisterInfo();
3551   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
3552       TLI->ParseConstraints(*DL, TRI, CS);
3553   unsigned ArgNo = 0;
3554   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3555     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3556
3557     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3558     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3559
3560     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
3561         OpInfo.isIndirect) {
3562       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
3563       MadeChange |= optimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
3564     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
3565       ArgNo++;
3566   }
3567
3568   return MadeChange;
3569 }
3570
3571 /// \brief Check if all the uses of \p Inst are equivalent (or free) zero or
3572 /// sign extensions.
3573 static bool hasSameExtUse(Instruction *Inst, const TargetLowering &TLI) {
3574   assert(!Inst->use_empty() && "Input must have at least one use");
3575   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
3576   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
3577   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
3578   for (const User *U : Inst->users()) {
3579     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3580     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
3581       return false;
3582     Type *CurTy = UI->getType();
3583     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
3584     if (CurTy == ExtTy)
3585       continue;
3586
3587     // If IsSExt is true, we are in this situation:
3588     // a = Inst
3589     // b = sext ty1 a to ty2
3590     // c = sext ty1 a to ty3
3591     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
3592     // a = Inst
3593     // b = sext ty1 a to ty2
3594     // c = sext ty2 b to ty3
3595     // However, the last sext is not free.
3596     if (IsSExt)
3597       return false;
3598
3599     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
3600     // In that case, we would not account for a different use.
3601     Type *NarrowTy;
3602     Type *LargeTy;
3603     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
3604         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
3605       NarrowTy = CurTy;
3606       LargeTy = ExtTy;
3607     } else {
3608       NarrowTy = ExtTy;
3609       LargeTy = CurTy;
3610     }
3611
3612     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
3613       return false;
3614   }
3615   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
3616   return true;
3617 }
3618
3619 /// \brief Try to form ExtLd by promoting \p Exts until they reach a
3620 /// load instruction.
3621 /// If an ext(load) can be formed, it is returned via \p LI for the load
3622 /// and \p Inst for the extension.
3623 /// Otherwise LI == nullptr and Inst == nullptr.
3624 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to
3625 /// revert them.
3626 ///
3627 /// \return true when promoting was necessary to expose the ext(load)
3628 /// opportunity, false otherwise.
3629 ///
3630 /// Example:
3631 /// \code
3632 /// %ld = load i32* %addr
3633 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
3634 /// %zext = zext i32 %add to i64
3635 /// \endcode
3636 /// =>
3637 /// \code
3638 /// %ld = load i32* %addr
3639 /// %zext = zext i32 %ld to i64
3640 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
3641 /// \encode
3642 /// Thanks to the promotion, we can match zext(load i32*) to i64.
3643 bool CodeGenPrepare::extLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT,
3644                                     LoadInst *&LI, Instruction *&Inst,
3645                                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
3646                                     unsigned CreatedInstsCost = 0) {
3647   // Iterate over all the extensions to see if one form an ext(load).
3648   for (auto I : Exts) {
3649     // Check if we directly have ext(load).
3650     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0)))) {
3651       Inst = I;
3652       // No promotion happened here.
3653       return false;
3654     }
3655     // Check whether or not we want to do any promotion.
3656     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
3657       continue;
3658     // Get the action to perform the promotion.
3659     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
3660         I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
3661     // Check if we can promote.
3662     if (!TPH)
3663       continue;
3664     // Save the current state.
3665     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3666         TPT.getRestorationPoint();
3667     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
3668     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
3669     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
3670     // Promote.
3671     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
3672                              &NewExts, nullptr, *TLI);
3673     assert(PromotedVal &&
3674            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3675
3676     // We would be able to merge only one extension in a load.
3677     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
3678     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
3679     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
3680     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
3681     // because the new extension may be removed too.
3682     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
3683     TotalCreatedInstsCost -= ExtCost;
3684     if (!StressExtLdPromotion &&
3685         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
3686          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, *DL, PromotedVal))) {
3687       // The promotion is not profitable, rollback to the previous state.
3688       TPT.rollback(LastKnownGood);
3689       continue;
3690     }
3691     // The promotion is profitable.
3692     // Check if it exposes an ext(load).
3693     (void)extLdPromotion(TPT, LI, Inst, NewExts, TotalCreatedInstsCost);
3694     if (LI && (StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
3695                // If we have created a new extension, i.e., now we have two
3696                // extensions. We must make sure one of them is merged with
3697                // the load, otherwise we may degrade the code quality.
3698                (LI->hasOneUse() || hasSameExtUse(LI, *TLI))))
3699       // Promotion happened.
3700       return true;
3701     // If this does not help to expose an ext(load) then, rollback.
3702     TPT.rollback(LastKnownGood);
3703   }
3704   // None of the extension can form an ext(load).
3705   LI = nullptr;
3706   Inst = nullptr;
3707   return false;
3708 }
3709
3710 /// Move a zext or sext fed by a load into the same basic block as the load,
3711 /// unless conditions are unfavorable. This allows SelectionDAG to fold the
3712 /// extend into the load.
3713 /// \p I[in/out] the extension may be modified during the process if some
3714 /// promotions apply.
3715 ///
3716 bool CodeGenPrepare::moveExtToFormExtLoad(Instruction *&I) {
3717   // Try to promote a chain of computation if it allows to form
3718   // an extended load.
3719   TypePromotionTransaction TPT;
3720   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3721     TPT.getRestorationPoint();
3722   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
3723   Exts.push_back(I);
3724   // Look for a load being extended.
3725   LoadInst *LI = nullptr;
3726   Instruction *OldExt = I;
3727   bool HasPromoted = extLdPromotion(TPT, LI, I, Exts);
3728   if (!LI || !I) {
3729     assert(!HasPromoted && !LI && "If we did not match any load instruction "
3730                                   "the code must remain the same");
3731     I = OldExt;
3732     return false;
3733   }
3734
3735   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
3736   // Make the cheap checks first if we did not promote.
3737   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
3738   if (!HasPromoted && LI->getParent() == I->getParent())
3739     return false;
3740
3741   EVT VT = TLI->getValueType(*DL, I->getType());
3742   EVT LoadVT = TLI->getValueType(*DL, LI->getType());
3743
3744   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
3745   // isn't worthwhile.
3746   if (!LI->hasOneUse() && TLI &&
3747       (TLI->isTypeLegal(LoadVT) || !TLI->isTypeLegal(VT)) &&
3748       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType())) {
3749     I = OldExt;
3750     TPT.rollback(LastKnownGood);
3751     return false;
3752   }
3753
3754   // Check whether the target supports casts folded into loads.
3755   unsigned LType;
3756   if (isa<ZExtInst>(I))
3757     LType = ISD::ZEXTLOAD;
3758   else {
3759     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
3760     LType = ISD::SEXTLOAD;
3761   }
3762   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, VT, LoadVT)) {
3763     I = OldExt;
3764     TPT.rollback(LastKnownGood);
3765     return false;
3766   }
3767
3768   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
3769   // can fold it.
3770   TPT.commit();
3771   I->removeFromParent();
3772   I->insertAfter(LI);
3773   ++NumExtsMoved;
3774   return true;
3775 }
3776
3777 bool CodeGenPrepare::optimizeExtUses(Instruction *I) {
3778   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
3779
3780   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
3781   // other uses of the source with result of extension.
3782   Value *Src = I->getOperand(0);
3783   if (Src->hasOneUse())
3784     return false;
3785
3786   // Only do this xform if truncating is free.
3787   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
3788     return false;
3789
3790   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
3791   // this block.
3792   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
3793     return false;
3794
3795   bool DefIsLiveOut = false;
3796   for (User *U : I->users()) {
3797     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3798
3799     // Figure out which BB this ext is used in.
3800     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3801     if (UserBB == DefBB) continue;
3802     DefIsLiveOut = true;
3803     break;
3804   }
3805   if (!DefIsLiveOut)
3806     return false;
3807
3808   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
3809   for (User *U : Src->users()) {
3810     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3811     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3812     if (UserBB == DefBB) continue;
3813     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
3814     // reloads just before load / store instructions.
3815     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
3816       return false;
3817   }
3818
3819   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
3820   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
3821
3822   bool MadeChange = false;
3823   for (Use &U : Src->uses()) {
3824     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
3825
3826     // Figure out which BB this ext is used in.
3827     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
3828     if (UserBB == DefBB) continue;
3829
3830     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
3831     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
3832
3833     if (!InsertedTrunc) {
3834       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3835       assert(InsertPt != UserBB->end());
3836       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", &*InsertPt);
3837       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
3838     }
3839
3840     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
3841     U = InsertedTrunc;
3842     ++NumExtUses;
3843     MadeChange = true;
3844   }
3845
3846   return MadeChange;
3847 }
3848
3849 /// Returns true if a SelectInst should be turned into an explicit branch.
3850 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(SelectInst *SI) {
3851   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
3852   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
3853   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
3854   // case currently.
3855
3856   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
3857
3858   // If a branch is predictable, an out-of-order CPU can avoid blocking on its
3859   // comparison condition. If the compare has more than one use, there's
3860   // probably another cmov or setcc around, so it's not worth emitting a branch.
3861   if (!Cmp || !Cmp->hasOneUse())
3862     return false;
3863
3864   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
3865   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
3866
3867   // Emit "cmov on compare with a memory operand" as a branch to avoid stalls
3868   // on a load from memory. But if the load is used more than once, do not
3869   // change the select to a branch because the load is probably needed
3870   // regardless of whether the branch is taken or not.
3871   return ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
3872           (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()));
3873 }
3874
3875
3876 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
3877 /// turn it into a branch.
3878 bool CodeGenPrepare::optimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
3879   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
3880
3881   // Can we convert the 'select' to CF ?
3882   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
3883     return false;
3884
3885   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
3886   if (VectorCond)
3887     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
3888   else if (SI->getType()->isVectorTy())
3889     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
3890   else
3891     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
3892
3893   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
3894   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
3895     // We have efficient codegen support for the select instruction.
3896     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
3897     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
3898         !isFormingBranchFromSelectProfitable(SI))
3899       return false;
3900   }
3901
3902   ModifiedDT = true;
3903
3904   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
3905   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
3906   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
3907   BasicBlock *NextBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
3908
3909   // Create a new block serving as the landing pad for the branch.
3910   BasicBlock *SmallBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.mid",
3911                                              NextBlock->getParent(), NextBlock);
3912
3913   // Move the unconditional branch from the block with the select in it into our
3914   // landing pad block.
3915   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
3916   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock);
3917
3918   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
3919   BranchInst::Create(NextBlock, SmallBlock, SI->getCondition(), SI);
3920
3921   // The select itself is replaced with a PHI Node.
3922   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", &NextBlock->front());
3923   PN->takeName(SI);
3924   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), StartBlock);
3925   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), SmallBlock);
3926   SI->replaceAllUsesWith(PN);
3927   SI->eraseFromParent();
3928
3929   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
3930   CurInstIterator = StartBlock->end();
3931   ++NumSelectsExpanded;
3932   return true;
3933 }
3934
3935 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
3936   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
3937   int SplatElem = -1;
3938   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
3939     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
3940       return false;
3941     SplatElem = Mask[i];
3942   }
3943
3944   return true;
3945 }
3946
3947 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
3948 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
3949 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
3950 /// codegen can spot all lanes are identical.
3951 bool CodeGenPrepare::optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
3952   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
3953
3954   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
3955   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
3956     return false;
3957
3958   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
3959   // constant splat.
3960   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
3961     return false;
3962
3963   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
3964   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
3965
3966   bool MadeChange = false;
3967   for (User *U : SVI->users()) {
3968     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3969
3970     // Figure out which BB this ext is used in.
3971     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
3972     if (UserBB == DefBB) continue;
3973
3974     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
3975     if (!UI->isShift()) continue;
3976
3977     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
3978     // already have a copy.
3979     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
3980
3981     if (!InsertedShuffle) {
3982       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
3983       assert(InsertPt != UserBB->end());
3984       InsertedShuffle =
3985           new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0), SVI->getOperand(1),
3986                                 SVI->getOperand(2), "", &*InsertPt);
3987     }
3988
3989     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
3990     MadeChange = true;
3991   }
3992
3993   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
3994   if (SVI->use_empty()) {
3995     SVI->eraseFromParent();
3996     MadeChange = true;
3997   }
3998
3999   return MadeChange;
4000 }
4001
4002 namespace {
4003 /// \brief Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
4004 /// This class is used to move downward extractelement transition.
4005 /// E.g.,
4006 /// a = vector_op <2 x i32>
4007 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
4008 /// c = scalar_op b
4009 /// store c
4010 ///
4011 /// =>
4012 /// a = vector_op <2 x i32>
4013 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
4014 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
4015 /// * store d
4016 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
4017 /// transition.
4018 class VectorPromoteHelper {
4019   /// DataLayout associated with the current module.
4020   const DataLayout &DL;
4021
4022   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
4023   const TargetLowering &TLI;
4024
4025   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
4026   const TargetTransformInfo &TTI;
4027
4028   /// The transition being moved downwards.
4029   Instruction *Transition;
4030   /// The sequence of instructions to be promoted.
4031   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
4032   /// Cost of combining a store and an extract.
4033   unsigned StoreExtractCombineCost;
4034   /// Instruction that will be combined with the transition.
4035   Instruction *CombineInst;
4036
4037   /// \brief The instruction that represents the current end of the transition.
4038   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
4039   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
4040   Instruction *getEndOfTransition() const {
4041     if (InstsToBePromoted.empty())
4042       return Transition;
4043     return InstsToBePromoted.back();
4044   }
4045
4046   /// \brief Return the index of the original value in the transition.
4047   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
4048   /// c, is at index 0.
4049   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
4050     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4051            "Other kind of transitions are not supported yet");
4052     return 0;
4053   }
4054
4055   /// \brief Return the index of the index in the transition.
4056   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
4057   /// is at index 1.
4058   unsigned getTransitionIdx() const {
4059     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4060            "Other kind of transitions are not supported yet");
4061     return 1;
4062   }
4063
4064   /// \brief Get the type of the transition.
4065   /// This is the type of the original value.
4066   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
4067   /// transition is <2 x i32>.
4068   Type *getTransitionType() const {
4069     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
4070   }
4071
4072   /// \brief Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
4073   /// I.e., we have the following sequence:
4074   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
4075   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
4076   /// =>
4077   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
4078   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
4079   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
4080
4081   /// \brief Check whether or not it is profitable to promote all the
4082   /// instructions enqueued to be promoted.
4083   bool isProfitableToPromote() {
4084     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4085     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
4086                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
4087                          : -1;
4088     Type *PromotedType = getTransitionType();
4089
4090     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
4091     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
4092     unsigned Align = ST->getAlignment();
4093     // Check if this store is supported.
4094     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
4095             TLI.getValueType(DL, ST->getValueOperand()->getType()), AS,
4096             Align)) {
4097       // If this is not supported, there is no way we can combine
4098       // the extract with the store.
4099       return false;
4100     }
4101
4102     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
4103     // scalar to vector.
4104     // The vector chain has to account for the combining cost.
4105     uint64_t ScalarCost =
4106         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
4107     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
4108     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
4109       // Compute the cost.
4110       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
4111       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
4112       // constant.
4113       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
4114       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
4115                             isa<ConstantFP>(Arg0);
4116       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
4117           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4118                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4119       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
4120           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4121                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4122       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
4123           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
4124       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
4125                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
4126     }
4127     DEBUG(dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
4128                  << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
4129     return ScalarCost > VectorCost;
4130   }
4131
4132   /// \brief Generate a constant vector with \p Val with the same
4133   /// number of elements as the transition.
4134   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
4135   /// across the whole vector.
4136   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
4137   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
4138   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
4139   /// used at the index of the extract.
4140   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
4141     unsigned ExtractIdx = UINT_MAX;
4142     if (!UseSplat) {
4143       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
4144       // use a splat constant.
4145       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
4146       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
4147         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
4148       else
4149         UseSplat = true;
4150     }
4151
4152     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
4153     if (UseSplat)
4154       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
4155
4156     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
4157     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
4158     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
4159       if (Idx == ExtractIdx)
4160         ConstVec.push_back(Val);
4161       else
4162         ConstVec.push_back(UndefVal);
4163     }
4164     return ConstantVector::get(ConstVec);
4165   }
4166
4167   /// \brief Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
4168   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
4169   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
4170                                         unsigned OperandIdx) {
4171     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
4172     // the right hand side of a division-like instruction.
4173     if (OperandIdx != 1)
4174       return false;
4175     switch (Use->getOpcode()) {
4176     default:
4177       return false;
4178     case Instruction::SDiv:
4179     case Instruction::UDiv:
4180     case Instruction::SRem:
4181     case Instruction::URem:
4182       return true;
4183     case Instruction::FDiv:
4184     case Instruction::FRem:
4185       return !Use->hasNoNaNs();
4186     }
4187     llvm_unreachable(nullptr);
4188   }
4189
4190 public:
4191   VectorPromoteHelper(const DataLayout &DL, const TargetLowering &TLI,
4192                       const TargetTransformInfo &TTI, Instruction *Transition,
4193                       unsigned CombineCost)
4194       : DL(DL), TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
4195         StoreExtractCombineCost(CombineCost), CombineInst(nullptr) {
4196     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
4197   }
4198
4199   /// \brief Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
4200   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4201     // We could support CastInst too.
4202     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
4203   }
4204
4205   /// \brief Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
4206   /// by moving downward the transition through.
4207   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4208     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
4209     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
4210     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4211       const Value *Val = U.get();
4212       if (Val == getEndOfTransition()) {
4213         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
4214         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
4215         // division by zero.
4216         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
4217           return false;
4218         continue;
4219       }
4220       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
4221           !isa<ConstantFP>(Val))
4222         return false;
4223     }
4224     // Check that the resulting operation is legal.
4225     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
4226     if (!ISDOpcode)
4227       return false;
4228     return StressStoreExtract ||
4229            TLI.isOperationLegalOrCustom(
4230                ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, getTransitionType(), true));
4231   }
4232
4233   /// \brief Check whether or not \p Use can be combined
4234   /// with the transition.
4235   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
4236   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
4237
4238   /// \brief Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
4239   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
4240     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
4241   }
4242
4243   /// \brief Set the instruction that will be combined with the transition.
4244   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
4245     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
4246     CombineInst = ToBeCombined;
4247   }
4248
4249   /// \brief Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
4250   /// is profitable.
4251   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
4252   bool promote() {
4253     // Check if there is something to promote.
4254     // Right now, if we do not have anything to combine with,
4255     // we assume the promotion is not profitable.
4256     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
4257       return false;
4258
4259     // Check cost.
4260     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
4261       return false;
4262
4263     // Promote.
4264     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
4265       promoteImpl(ToBePromoted);
4266     InstsToBePromoted.clear();
4267     return true;
4268   }
4269 };
4270 } // End of anonymous namespace.
4271
4272 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
4273   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
4274   // can be statically promoted.
4275   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
4276   // b = ToBePromoted ty1 a
4277   // Def = Transition ty1 b to ty2
4278   // Move the transition down.
4279   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
4280   // = ... b => = ... Def.
4281   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
4282          "The type of the result of the transition does not match "
4283          "the final type");
4284   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
4285   // 2. Update the type of the uses.
4286   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
4287   Type *TransitionTy = getTransitionType();
4288   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
4289   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
4290   // operands.
4291   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
4292   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4293     Value *Val = U.get();
4294     Value *NewVal = nullptr;
4295     if (Val == Transition)
4296       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4297     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
4298              isa<ConstantFP>(Val)) {
4299       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
4300       NewVal = getConstantVector(
4301           cast<Constant>(Val),
4302           isa<UndefValue>(Val) ||
4303               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
4304     } else
4305       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
4306                        "this?");
4307     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
4308   }
4309   Transition->removeFromParent();
4310   Transition->insertAfter(ToBePromoted);
4311   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
4312 }
4313
4314 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
4315 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
4316 /// has this feature and this is profitable.
4317 bool CodeGenPrepare::optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
4318   unsigned CombineCost = UINT_MAX;
4319   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
4320       (!StressStoreExtract &&
4321        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
4322                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
4323     return false;
4324
4325   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
4326   // Try to move it down the def-use chain, until:
4327   // - We can combine the transition with its single use
4328   //   => we got rid of the transition.
4329   // - We escape the current basic block
4330   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
4331   //      we do not do that for now.
4332   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
4333   DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
4334   VectorPromoteHelper VPH(*DL, *TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
4335   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
4336   // beneficial.
4337   while (Inst->hasOneUse()) {
4338     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
4339     DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
4340
4341     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
4342       DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
4343                    << ToBePromoted->getParent()->getName()
4344                    << ") than the transition (" << Parent->getName() << ").\n");
4345       return false;
4346     }
4347
4348     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
4349       DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
4350                    << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
4351       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
4352       bool Changed = VPH.promote();
4353       NumStoreExtractExposed += Changed;
4354       return Changed;
4355     }
4356
4357     DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
4358     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
4359       return false;
4360
4361     DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
4362
4363     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
4364     Inst = ToBePromoted;
4365   }
4366   return false;
4367 }
4368
4369 bool CodeGenPrepare::optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT) {
4370   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
4371   // stepping on each other's toes.
4372   if (InsertedInsts.count(I))
4373     return false;
4374
4375   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4376     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
4377     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
4378     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
4379     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, *DL, TLInfo, nullptr)) {
4380       P->replaceAllUsesWith(V);
4381       P->eraseFromParent();
4382       ++NumPHIsElim;
4383       return true;
4384     }
4385     return false;
4386   }
4387
4388   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4389     // If the source of the cast is a constant, then this should have
4390     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
4391     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
4392     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
4393     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
4394     // want to forward-subst the cast.
4395     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
4396       return false;
4397
4398     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI, *DL))
4399       return true;
4400
4401     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
4402       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
4403       /// fit in one register
4404       if (TLI &&
4405           TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
4406                              TLI->getValueType(*DL, CI->getType())) ==
4407               TargetLowering::TypeExpandInteger) {
4408         return SinkCast(CI);
4409       } else {
4410         bool MadeChange = moveExtToFormExtLoad(I);
4411         return MadeChange | optimizeExtUses(I);
4412       }
4413     }
4414     return false;
4415   }
4416
4417   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4418     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
4419       return OptimizeCmpExpression(CI);
4420
4421   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4422     stripInvariantGroupMetadata(*LI);
4423     if (TLI) {
4424       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
4425       return optimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
4426     }
4427     return false;
4428   }
4429
4430   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4431     stripInvariantGroupMetadata(*SI);
4432     if (TLI) {
4433       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
4434       return optimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
4435                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
4436     }
4437     return false;
4438   }
4439
4440   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
4441
4442   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
4443                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
4444     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
4445     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
4446       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI, *DL);
4447
4448     return false;
4449   }
4450
4451   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
4452     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
4453       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
4454       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
4455                                         GEPI->getName(), GEPI);
4456       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
4457       GEPI->eraseFromParent();
4458       ++NumGEPsElim;
4459       optimizeInst(NC, ModifiedDT);
4460       return true;
4461     }
4462     return false;
4463   }
4464
4465   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
4466     return optimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
4467
4468   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
4469     return optimizeSelectInst(SI);
4470
4471   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
4472     return optimizeShuffleVectorInst(SVI);
4473
4474   if (isa<ExtractElementInst>(I))
4475     return optimizeExtractElementInst(I);
4476
4477   return false;
4478 }
4479
4480 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
4481 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
4482 // selection.
4483 bool CodeGenPrepare::optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT) {
4484   SunkAddrs.clear();
4485   bool MadeChange = false;
4486
4487   CurInstIterator = BB.begin();
4488   while (CurInstIterator != BB.end()) {
4489     MadeChange |= optimizeInst(&*CurInstIterator++, ModifiedDT);
4490     if (ModifiedDT)
4491       return true;
4492   }
4493   MadeChange |= dupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
4494
4495   return MadeChange;
4496 }
4497
4498 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
4499 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
4500 // find a node corresponding to the value.
4501 bool CodeGenPrepare::placeDbgValues(Function &F) {
4502   bool MadeChange = false;
4503   for (BasicBlock &BB : F) {
4504     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
4505     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
4506       Instruction *Insn = &*BI++;
4507       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
4508       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
4509       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
4510       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
4511       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
4512       // where said address is used.
4513       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
4514         PrevNonDbgInst = Insn;
4515         continue;
4516       }
4517
4518       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
4519       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
4520         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
4521         DVI->removeFromParent();
4522         if (isa<PHINode>(VI))
4523           DVI->insertBefore(&*VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
4524         else
4525           DVI->insertAfter(VI);
4526         MadeChange = true;
4527         ++NumDbgValueMoved;
4528       }
4529     }
4530   }
4531   return MadeChange;
4532 }
4533
4534 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
4535 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
4536 // target supports folding these into a single instruction, sink the
4537 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
4538 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
4539 // searched for.
4540 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
4541   if (!EnableAndCmpSinking)
4542     return false;
4543   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
4544     return false;
4545   bool MadeChange = false;
4546   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
4547     BasicBlock *BB = &*I++;
4548
4549     // Does this BB end with the following?
4550     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
4551     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
4552     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
4553     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
4554     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
4555       continue;
4556     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
4557     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
4558       continue;
4559     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
4560     if (!Zero || !Zero->isZero())
4561       continue;
4562     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
4563     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
4564       continue;
4565     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
4566     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
4567       continue;
4568     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
4569
4570     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
4571     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
4572     // track of which BBs we insert into.
4573     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
4574          UI != E; ) {
4575       Use &TheUse = *UI;
4576       // Find brcc use.
4577       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
4578       ++UI;
4579       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
4580         continue;
4581       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
4582       if (UserBB == BB) continue;
4583       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
4584
4585       // Sink the "and; icmp" to use.
4586       MadeChange = true;
4587       BinaryOperator *NewAnd =
4588         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
4589                                   BrccUser);
4590       CmpInst *NewCmp =
4591         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
4592                         "", BrccUser);
4593       TheUse = NewCmp;
4594       ++NumAndCmpsMoved;
4595       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
4596     }
4597   }
4598   return MadeChange;
4599 }
4600
4601 /// \brief Retrieve the probabilities of a conditional branch. Returns true on
4602 /// success, or returns false if no or invalid metadata was found.
4603 static bool extractBranchMetadata(BranchInst *BI,
4604                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
4605   assert(BI->isConditional() &&
4606          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
4607   auto *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
4608   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3)
4609     return false;
4610
4611   const auto *CITrue =
4612       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
4613   const auto *CIFalse =
4614       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
4615   if (!CITrue || !CIFalse)
4616     return false;
4617
4618   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
4619   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
4620
4621   return true;
4622 }
4623
4624 /// \brief Scale down both weights to fit into uint32_t.
4625 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
4626   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
4627   uint32_t Scale = (NewMax / UINT32_MAX) + 1;
4628   NewTrue = NewTrue / Scale;
4629   NewFalse = NewFalse / Scale;
4630 }
4631
4632 /// \brief Some targets prefer to split a conditional branch like:
4633 /// \code
4634 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
4635 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
4636 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
4637 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
4638 /// \endcode
4639 /// into multiple branch instructions like:
4640 /// \code
4641 ///   bb1:
4642 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
4643 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
4644 ///   bb2:
4645 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
4646 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
4647 /// \endcode
4648 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
4649 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
4650 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
4651 ///
4652 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
4653 ///
4654 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
4655   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
4656     return false;
4657
4658   bool MadeChange = false;
4659   for (auto &BB : F) {
4660     // Does this BB end with the following?
4661     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4662     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
4663     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
4664     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
4665     BinaryOperator *LogicOp;
4666     BasicBlock *TBB, *FBB;
4667     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
4668       continue;
4669
4670     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
4671     if (Br1->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
4672       continue;
4673
4674     unsigned Opc;
4675     Value *Cond1, *Cond2;
4676     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4677                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4678       Opc = Instruction::And;
4679     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
4680                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
4681       Opc = Instruction::Or;
4682     else
4683       continue;
4684
4685     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
4686         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
4687       continue;
4688
4689     DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
4690
4691     // Create a new BB.
4692     auto *InsertBefore = std::next(Function::iterator(BB))
4693         .getNodePtrUnchecked();
4694     auto TmpBB = BasicBlock::Create(BB.getContext(),
4695                                     BB.getName() + ".cond.split",
4696                                     BB.getParent(), InsertBefore);
4697
4698     // Update original basic block by using the first condition directly by the
4699     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
4700     Br1->setCondition(Cond1);
4701     LogicOp->eraseFromParent();
4702
4703     // Depending on the conditon we have to either replace the true or the false
4704     // successor of the original branch instruction.
4705     if (Opc == Instruction::And)
4706       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
4707     else
4708       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
4709
4710     // Fill in the new basic block.
4711     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
4712     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
4713       I->removeFromParent();
4714       I->insertBefore(Br2);
4715     }
4716
4717     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
4718     // replaced in one succesor's PHI nodes, because the branch comes now from
4719     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
4720     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
4721     // now the same successor. Depending on the original branch condition
4722     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
4723     // we perfrom the correct update for the PHI nodes.
4724     // This doesn't change the successor order of the just created branch
4725     // instruction (or any other instruction).
4726     if (Opc == Instruction::Or)
4727       std::swap(TBB, FBB);
4728
4729     // Replace the old BB with the new BB.
4730     for (auto &I : *TBB) {
4731       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4732       if (!PN)
4733         break;
4734       int i;
4735       while ((i = PN->getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
4736         PN->setIncomingBlock(i, TmpBB);
4737     }
4738
4739     // Add another incoming edge form the new BB.
4740     for (auto &I : *FBB) {
4741       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
4742       if (!PN)
4743         break;
4744       auto *Val = PN->getIncomingValueForBlock(&BB);
4745       PN->addIncoming(Val, TmpBB);
4746     }
4747
4748     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
4749     // FindMergedConditions).
4750     if (Opc == Instruction::Or) {
4751       // Codegen X | Y as:
4752       // BB1:
4753       //   jmp_if_X TBB
4754       //   jmp TmpBB
4755       // TmpBB:
4756       //   jmp_if_Y TBB
4757       //   jmp FBB
4758       //
4759
4760       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
4761       // The requirement is that
4762       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
4763       //     = TrueProb for orignal BB.
4764       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4765       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
4766       // assumes that
4767       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
4768       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
4769       // TmpBB, but the math is more complicated.
4770       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4771       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4772         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
4773         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
4774         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4775         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4776                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4777
4778         NewTrueWeight = TrueWeight;
4779         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
4780         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4781         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4782                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4783       }
4784     } else {
4785       // Codegen X & Y as:
4786       // BB1:
4787       //   jmp_if_X TmpBB
4788       //   jmp FBB
4789       // TmpBB:
4790       //   jmp_if_Y TBB
4791       //   jmp FBB
4792       //
4793       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
4794
4795       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
4796       // The requirement is that
4797       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
4798       //     = FalseProb for orignal BB.
4799       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
4800       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
4801       // assumes that
4802       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
4803       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
4804       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
4805         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
4806         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
4807         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4808         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
4809                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4810
4811         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
4812         NewFalseWeight = FalseWeight;
4813         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
4814         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
4815                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
4816       }
4817     }
4818
4819     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
4820     // available to CodeGenPrepare.
4821     ModifiedDT = true;
4822
4823     MadeChange = true;
4824
4825     DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
4826           TmpBB->dump());
4827   }
4828   return MadeChange;
4829 }
4830
4831 void CodeGenPrepare::stripInvariantGroupMetadata(Instruction &I) {
4832   if (auto *InvariantMD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group))
4833     I.dropUnknownNonDebugMetadata(InvariantMD->getMetadataID());
4834 }