[CGP] despeculate expensive cttz/ctlz intrinsics
[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/Analysis/ValueTracking.h"
24 #include "llvm/IR/CallSite.h"
25 #include "llvm/IR/Constants.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/IR/Dominators.h"
29 #include "llvm/IR/Function.h"
30 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
37 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
38 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
39 #include "llvm/IR/ValueMap.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
45 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/BuildLibCalls.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/BypassSlowDivision.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
51 using namespace llvm;
52 using namespace llvm::PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "codegenprepare"
55
56 STATISTIC(NumBlocksElim, "Number of blocks eliminated");
57 STATISTIC(NumPHIsElim,   "Number of trivial PHIs eliminated");
58 STATISTIC(NumGEPsElim,   "Number of GEPs converted to casts");
59 STATISTIC(NumCmpUses, "Number of uses of Cmp expressions replaced with uses of "
60                       "sunken Cmps");
61 STATISTIC(NumCastUses, "Number of uses of Cast expressions replaced with uses "
62                        "of sunken Casts");
63 STATISTIC(NumMemoryInsts, "Number of memory instructions whose address "
64                           "computations were sunk");
65 STATISTIC(NumExtsMoved,  "Number of [s|z]ext instructions combined with loads");
66 STATISTIC(NumExtUses,    "Number of uses of [s|z]ext instructions optimized");
67 STATISTIC(NumRetsDup,    "Number of return instructions duplicated");
68 STATISTIC(NumDbgValueMoved, "Number of debug value instructions moved");
69 STATISTIC(NumSelectsExpanded, "Number of selects turned into branches");
70 STATISTIC(NumAndCmpsMoved, "Number of and/cmp's pushed into branches");
71 STATISTIC(NumStoreExtractExposed, "Number of store(extractelement) exposed");
72
73 static cl::opt<bool> DisableBranchOpts(
74   "disable-cgp-branch-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
75   cl::desc("Disable branch optimizations in CodeGenPrepare"));
76
77 static cl::opt<bool>
78     DisableGCOpts("disable-cgp-gc-opts", cl::Hidden, cl::init(false),
79                   cl::desc("Disable GC optimizations in CodeGenPrepare"));
80
81 static cl::opt<bool> DisableSelectToBranch(
82   "disable-cgp-select2branch", cl::Hidden, cl::init(false),
83   cl::desc("Disable select to branch conversion."));
84
85 static cl::opt<bool> AddrSinkUsingGEPs(
86   "addr-sink-using-gep", cl::Hidden, cl::init(false),
87   cl::desc("Address sinking in CGP using GEPs."));
88
89 static cl::opt<bool> EnableAndCmpSinking(
90    "enable-andcmp-sinking", cl::Hidden, cl::init(true),
91    cl::desc("Enable sinkinig and/cmp into branches."));
92
93 static cl::opt<bool> DisableStoreExtract(
94     "disable-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
95     cl::desc("Disable store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
96
97 static cl::opt<bool> StressStoreExtract(
98     "stress-cgp-store-extract", cl::Hidden, cl::init(false),
99     cl::desc("Stress test store(extract) optimizations in CodeGenPrepare"));
100
101 static cl::opt<bool> DisableExtLdPromotion(
102     "disable-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
103     cl::desc("Disable ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) optimization in "
104              "CodeGenPrepare"));
105
106 static cl::opt<bool> StressExtLdPromotion(
107     "stress-cgp-ext-ld-promotion", cl::Hidden, cl::init(false),
108     cl::desc("Stress test ext(promotable(ld)) -> promoted(ext(ld)) "
109              "optimization in CodeGenPrepare"));
110
111 namespace {
112 typedef SmallPtrSet<Instruction *, 16> SetOfInstrs;
113 typedef PointerIntPair<Type *, 1, bool> TypeIsSExt;
114 typedef DenseMap<Instruction *, TypeIsSExt> InstrToOrigTy;
115 class TypePromotionTransaction;
116
117   class CodeGenPrepare : public FunctionPass {
118     const TargetMachine *TM;
119     const TargetLowering *TLI;
120     const TargetTransformInfo *TTI;
121     const TargetLibraryInfo *TLInfo;
122
123     /// As we scan instructions optimizing them, this is the next instruction
124     /// to optimize. Transforms that can invalidate this should update it.
125     BasicBlock::iterator CurInstIterator;
126
127     /// Keeps track of non-local addresses that have been sunk into a block.
128     /// This allows us to avoid inserting duplicate code for blocks with
129     /// multiple load/stores of the same address.
130     ValueMap<Value*, Value*> SunkAddrs;
131
132     /// Keeps track of all instructions inserted for the current function.
133     SetOfInstrs InsertedInsts;
134     /// Keeps track of the type of the related instruction before their
135     /// promotion for the current function.
136     InstrToOrigTy PromotedInsts;
137
138     /// True if CFG is modified in any way.
139     bool ModifiedDT;
140
141     /// True if optimizing for size.
142     bool OptSize;
143
144     /// DataLayout for the Function being processed.
145     const DataLayout *DL;
146
147   public:
148     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
149     explicit CodeGenPrepare(const TargetMachine *TM = nullptr)
150         : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr), TTI(nullptr), DL(nullptr) {
151         initializeCodeGenPreparePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
152       }
153     bool runOnFunction(Function &F) override;
154
155     const char *getPassName() const override { return "CodeGen Prepare"; }
156
157     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
158       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
159       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
160       AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
161     }
162
163   private:
164     bool eliminateFallThrough(Function &F);
165     bool eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F);
166     bool canMergeBlocks(const BasicBlock *BB, const BasicBlock *DestBB) const;
167     void eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB);
168     bool optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT);
169     bool optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT);
170     bool optimizeMemoryInst(Instruction *I, Value *Addr,
171                             Type *AccessTy, unsigned AS);
172     bool optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS);
173     bool optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT);
174     bool moveExtToFormExtLoad(Instruction *&I);
175     bool optimizeExtUses(Instruction *I);
176     bool optimizeSelectInst(SelectInst *SI);
177     bool optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SI);
178     bool optimizeSwitchInst(SwitchInst *CI);
179     bool optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst);
180     bool dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB);
181     bool placeDbgValues(Function &F);
182     bool sinkAndCmp(Function &F);
183     bool extLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT, LoadInst *&LI,
184                         Instruction *&Inst,
185                         const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
186                         unsigned CreatedInstCost);
187     bool splitBranchCondition(Function &F);
188     bool simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I);
189     void stripInvariantGroupMetadata(Instruction &I);
190   };
191 }
192
193 char CodeGenPrepare::ID = 0;
194 INITIALIZE_TM_PASS(CodeGenPrepare, "codegenprepare",
195                    "Optimize for code generation", false, false)
196
197 FunctionPass *llvm::createCodeGenPreparePass(const TargetMachine *TM) {
198   return new CodeGenPrepare(TM);
199 }
200
201 bool CodeGenPrepare::runOnFunction(Function &F) {
202   if (skipOptnoneFunction(F))
203     return false;
204
205   DL = &F.getParent()->getDataLayout();
206
207   bool EverMadeChange = false;
208   // Clear per function information.
209   InsertedInsts.clear();
210   PromotedInsts.clear();
211
212   ModifiedDT = false;
213   if (TM)
214     TLI = TM->getSubtargetImpl(F)->getTargetLowering();
215   TLInfo = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
216   TTI = &getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
217   OptSize = F.optForSize();
218
219   /// This optimization identifies DIV instructions that can be
220   /// profitably bypassed and carried out with a shorter, faster divide.
221   if (!OptSize && TLI && TLI->isSlowDivBypassed()) {
222     const DenseMap<unsigned int, unsigned int> &BypassWidths =
223        TLI->getBypassSlowDivWidths();
224     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); I++)
225       EverMadeChange |= bypassSlowDivision(F, I, BypassWidths);
226   }
227
228   // Eliminate blocks that contain only PHI nodes and an
229   // unconditional branch.
230   EverMadeChange |= eliminateMostlyEmptyBlocks(F);
231
232   // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
233   // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
234   // find a node corresponding to the value.
235   EverMadeChange |= placeDbgValues(F);
236
237   // If there is a mask, compare against zero, and branch that can be combined
238   // into a single target instruction, push the mask and compare into branch
239   // users. Do this before OptimizeBlock -> OptimizeInst ->
240   // OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being searched for.
241   if (!DisableBranchOpts) {
242     EverMadeChange |= sinkAndCmp(F);
243     EverMadeChange |= splitBranchCondition(F);
244   }
245
246   bool MadeChange = true;
247   while (MadeChange) {
248     MadeChange = false;
249     for (Function::iterator I = F.begin(); I != F.end(); ) {
250       BasicBlock *BB = &*I++;
251       bool ModifiedDTOnIteration = false;
252       MadeChange |= optimizeBlock(*BB, ModifiedDTOnIteration);
253
254       // Restart BB iteration if the dominator tree of the Function was changed
255       if (ModifiedDTOnIteration)
256         break;
257     }
258     EverMadeChange |= MadeChange;
259   }
260
261   SunkAddrs.clear();
262
263   if (!DisableBranchOpts) {
264     MadeChange = false;
265     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> WorkList;
266     for (BasicBlock &BB : F) {
267       SmallVector<BasicBlock *, 2> Successors(succ_begin(&BB), succ_end(&BB));
268       MadeChange |= ConstantFoldTerminator(&BB, true);
269       if (!MadeChange) continue;
270
271       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
272              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
273         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
274           WorkList.insert(*II);
275     }
276
277     // Delete the dead blocks and any of their dead successors.
278     MadeChange |= !WorkList.empty();
279     while (!WorkList.empty()) {
280       BasicBlock *BB = *WorkList.begin();
281       WorkList.erase(BB);
282       SmallVector<BasicBlock*, 2> Successors(succ_begin(BB), succ_end(BB));
283
284       DeleteDeadBlock(BB);
285
286       for (SmallVectorImpl<BasicBlock*>::iterator
287              II = Successors.begin(), IE = Successors.end(); II != IE; ++II)
288         if (pred_begin(*II) == pred_end(*II))
289           WorkList.insert(*II);
290     }
291
292     // Merge pairs of basic blocks with unconditional branches, connected by
293     // a single edge.
294     if (EverMadeChange || MadeChange)
295       MadeChange |= eliminateFallThrough(F);
296
297     EverMadeChange |= MadeChange;
298   }
299
300   if (!DisableGCOpts) {
301     SmallVector<Instruction *, 2> Statepoints;
302     for (BasicBlock &BB : F)
303       for (Instruction &I : BB)
304         if (isStatepoint(I))
305           Statepoints.push_back(&I);
306     for (auto &I : Statepoints)
307       EverMadeChange |= simplifyOffsetableRelocate(*I);
308   }
309
310   return EverMadeChange;
311 }
312
313 /// Merge basic blocks which are connected by a single edge, where one of the
314 /// basic blocks has a single successor pointing to the other basic block,
315 /// which has a single predecessor.
316 bool CodeGenPrepare::eliminateFallThrough(Function &F) {
317   bool Changed = false;
318   // Scan all of the blocks in the function, except for the entry block.
319   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
320     BasicBlock *BB = &*I++;
321     // If the destination block has a single pred, then this is a trivial
322     // edge, just collapse it.
323     BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor();
324
325     // Don't merge if BB's address is taken.
326     if (!SinglePred || SinglePred == BB || BB->hasAddressTaken()) continue;
327
328     BranchInst *Term = dyn_cast<BranchInst>(SinglePred->getTerminator());
329     if (Term && !Term->isConditional()) {
330       Changed = true;
331       DEBUG(dbgs() << "To merge:\n"<< *SinglePred << "\n\n\n");
332       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.
333       // If so, we will need to move BB back to the entry position.
334       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
335       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB, nullptr);
336
337       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
338         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
339
340       // We have erased a block. Update the iterator.
341       I = BB->getIterator();
342     }
343   }
344   return Changed;
345 }
346
347 /// Eliminate blocks that contain only PHI nodes, debug info directives, and an
348 /// unconditional branch. Passes before isel (e.g. LSR/loopsimplify) often split
349 /// edges in ways that are non-optimal for isel. Start by eliminating these
350 /// blocks so we can split them the way we want them.
351 bool CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlocks(Function &F) {
352   bool MadeChange = false;
353   // Note that this intentionally skips the entry block.
354   for (Function::iterator I = std::next(F.begin()), E = F.end(); I != E;) {
355     BasicBlock *BB = &*I++;
356
357     // If this block doesn't end with an uncond branch, ignore it.
358     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
359     if (!BI || !BI->isUnconditional())
360       continue;
361
362     // If the instruction before the branch (skipping debug info) isn't a phi
363     // node, then other stuff is happening here.
364     BasicBlock::iterator BBI = BI->getIterator();
365     if (BBI != BB->begin()) {
366       --BBI;
367       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) {
368         if (BBI == BB->begin())
369           break;
370         --BBI;
371       }
372       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) && !isa<PHINode>(BBI))
373         continue;
374     }
375
376     // Do not break infinite loops.
377     BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
378     if (DestBB == BB)
379       continue;
380
381     if (!canMergeBlocks(BB, DestBB))
382       continue;
383
384     eliminateMostlyEmptyBlock(BB);
385     MadeChange = true;
386   }
387   return MadeChange;
388 }
389
390 /// Return true if we can merge BB into DestBB if there is a single
391 /// unconditional branch between them, and BB contains no other non-phi
392 /// instructions.
393 bool CodeGenPrepare::canMergeBlocks(const BasicBlock *BB,
394                                     const BasicBlock *DestBB) const {
395   // We only want to eliminate blocks whose phi nodes are used by phi nodes in
396   // the successor.  If there are more complex condition (e.g. preheaders),
397   // don't mess around with them.
398   BasicBlock::const_iterator BBI = BB->begin();
399   while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
400     for (const User *U : PN->users()) {
401       const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
402       if (UI->getParent() != DestBB || !isa<PHINode>(UI))
403         return false;
404       // If User is inside DestBB block and it is a PHINode then check
405       // incoming value. If incoming value is not from BB then this is
406       // a complex condition (e.g. preheaders) we want to avoid here.
407       if (UI->getParent() == DestBB) {
408         if (const PHINode *UPN = dyn_cast<PHINode>(UI))
409           for (unsigned I = 0, E = UPN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
410             Instruction *Insn = dyn_cast<Instruction>(UPN->getIncomingValue(I));
411             if (Insn && Insn->getParent() == BB &&
412                 Insn->getParent() != UPN->getIncomingBlock(I))
413               return false;
414           }
415       }
416     }
417   }
418
419   // If BB and DestBB contain any common predecessors, then the phi nodes in BB
420   // and DestBB may have conflicting incoming values for the block.  If so, we
421   // can't merge the block.
422   const PHINode *DestBBPN = dyn_cast<PHINode>(DestBB->begin());
423   if (!DestBBPN) return true;  // no conflict.
424
425   // Collect the preds of BB.
426   SmallPtrSet<const BasicBlock*, 16> BBPreds;
427   if (const PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
428     // It is faster to get preds from a PHI than with pred_iterator.
429     for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
430       BBPreds.insert(BBPN->getIncomingBlock(i));
431   } else {
432     BBPreds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
433   }
434
435   // Walk the preds of DestBB.
436   for (unsigned i = 0, e = DestBBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
437     BasicBlock *Pred = DestBBPN->getIncomingBlock(i);
438     if (BBPreds.count(Pred)) {   // Common predecessor?
439       BBI = DestBB->begin();
440       while (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI++)) {
441         const Value *V1 = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
442         const Value *V2 = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
443
444         // If V2 is a phi node in BB, look up what the mapped value will be.
445         if (const PHINode *V2PN = dyn_cast<PHINode>(V2))
446           if (V2PN->getParent() == BB)
447             V2 = V2PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
448
449         // If there is a conflict, bail out.
450         if (V1 != V2) return false;
451       }
452     }
453   }
454
455   return true;
456 }
457
458
459 /// Eliminate a basic block that has only phi's and an unconditional branch in
460 /// it.
461 void CodeGenPrepare::eliminateMostlyEmptyBlock(BasicBlock *BB) {
462   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
463   BasicBlock *DestBB = BI->getSuccessor(0);
464
465   DEBUG(dbgs() << "MERGING MOSTLY EMPTY BLOCKS - BEFORE:\n" << *BB << *DestBB);
466
467   // If the destination block has a single pred, then this is a trivial edge,
468   // just collapse it.
469   if (BasicBlock *SinglePred = DestBB->getSinglePredecessor()) {
470     if (SinglePred != DestBB) {
471       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
472       // will need to move BB back to the entry position.
473       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
474       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(DestBB, nullptr);
475
476       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
477         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
478
479       DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
480       return;
481     }
482   }
483
484   // Otherwise, we have multiple predecessors of BB.  Update the PHIs in DestBB
485   // to handle the new incoming edges it is about to have.
486   PHINode *PN;
487   for (BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
488        (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
489     // Remove the incoming value for BB, and remember it.
490     Value *InVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
491
492     // Two options: either the InVal is a phi node defined in BB or it is some
493     // value that dominates BB.
494     PHINode *InValPhi = dyn_cast<PHINode>(InVal);
495     if (InValPhi && InValPhi->getParent() == BB) {
496       // Add all of the input values of the input PHI as inputs of this phi.
497       for (unsigned i = 0, e = InValPhi->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
498         PN->addIncoming(InValPhi->getIncomingValue(i),
499                         InValPhi->getIncomingBlock(i));
500     } else {
501       // Otherwise, add one instance of the dominating value for each edge that
502       // we will be adding.
503       if (PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
504         for (unsigned i = 0, e = BBPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
505           PN->addIncoming(InVal, BBPN->getIncomingBlock(i));
506       } else {
507         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
508           PN->addIncoming(InVal, *PI);
509       }
510     }
511   }
512
513   // The PHIs are now updated, change everything that refers to BB to use
514   // DestBB and remove BB.
515   BB->replaceAllUsesWith(DestBB);
516   BB->eraseFromParent();
517   ++NumBlocksElim;
518
519   DEBUG(dbgs() << "AFTER:\n" << *DestBB << "\n\n\n");
520 }
521
522 // Computes a map of base pointer relocation instructions to corresponding
523 // derived pointer relocation instructions given a vector of all relocate calls
524 static void computeBaseDerivedRelocateMap(
525     const SmallVectorImpl<User *> &AllRelocateCalls,
526     DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> &
527         RelocateInstMap) {
528   // Collect information in two maps: one primarily for locating the base object
529   // while filling the second map; the second map is the final structure holding
530   // a mapping between Base and corresponding Derived relocate calls
531   DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, IntrinsicInst *> RelocateIdxMap;
532   for (auto &U : AllRelocateCalls) {
533     GCRelocateOperands ThisRelocate(U);
534     IntrinsicInst *I = cast<IntrinsicInst>(U);
535     auto K = std::make_pair(ThisRelocate.getBasePtrIndex(),
536                             ThisRelocate.getDerivedPtrIndex());
537     RelocateIdxMap.insert(std::make_pair(K, I));
538   }
539   for (auto &Item : RelocateIdxMap) {
540     std::pair<unsigned, unsigned> Key = Item.first;
541     if (Key.first == Key.second)
542       // Base relocation: nothing to insert
543       continue;
544
545     IntrinsicInst *I = Item.second;
546     auto BaseKey = std::make_pair(Key.first, Key.first);
547
548     // We're iterating over RelocateIdxMap so we cannot modify it.
549     auto MaybeBase = RelocateIdxMap.find(BaseKey);
550     if (MaybeBase == RelocateIdxMap.end())
551       // TODO: We might want to insert a new base object relocate and gep off
552       // that, if there are enough derived object relocates.
553       continue;
554
555     RelocateInstMap[MaybeBase->second].push_back(I);
556   }
557 }
558
559 // Accepts a GEP and extracts the operands into a vector provided they're all
560 // small integer constants
561 static bool getGEPSmallConstantIntOffsetV(GetElementPtrInst *GEP,
562                                           SmallVectorImpl<Value *> &OffsetV) {
563   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++) {
564     // Only accept small constant integer operands
565     auto Op = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
566     if (!Op || Op->getZExtValue() > 20)
567       return false;
568   }
569
570   for (unsigned i = 1; i < GEP->getNumOperands(); i++)
571     OffsetV.push_back(GEP->getOperand(i));
572   return true;
573 }
574
575 // Takes a RelocatedBase (base pointer relocation instruction) and Targets to
576 // replace, computes a replacement, and affects it.
577 static bool
578 simplifyRelocatesOffABase(IntrinsicInst *RelocatedBase,
579                           const SmallVectorImpl<IntrinsicInst *> &Targets) {
580   bool MadeChange = false;
581   for (auto &ToReplace : Targets) {
582     GCRelocateOperands MasterRelocate(RelocatedBase);
583     GCRelocateOperands ThisRelocate(ToReplace);
584
585     assert(ThisRelocate.getBasePtrIndex() == MasterRelocate.getBasePtrIndex() &&
586            "Not relocating a derived object of the original base object");
587     if (ThisRelocate.getBasePtrIndex() == ThisRelocate.getDerivedPtrIndex()) {
588       // A duplicate relocate call. TODO: coalesce duplicates.
589       continue;
590     }
591
592     if (RelocatedBase->getParent() != ToReplace->getParent()) {
593       // Base and derived relocates are in different basic blocks.
594       // In this case transform is only valid when base dominates derived
595       // relocate. However it would be too expensive to check dominance
596       // for each such relocate, so we skip the whole transformation.
597       continue;
598     }
599
600     Value *Base = ThisRelocate.getBasePtr();
601     auto Derived = dyn_cast<GetElementPtrInst>(ThisRelocate.getDerivedPtr());
602     if (!Derived || Derived->getPointerOperand() != Base)
603       continue;
604
605     SmallVector<Value *, 2> OffsetV;
606     if (!getGEPSmallConstantIntOffsetV(Derived, OffsetV))
607       continue;
608
609     // Create a Builder and replace the target callsite with a gep
610     assert(RelocatedBase->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
611
612     // Insert after RelocatedBase
613     IRBuilder<> Builder(RelocatedBase->getNextNode());
614     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
615
616     // If gc_relocate does not match the actual type, cast it to the right type.
617     // In theory, there must be a bitcast after gc_relocate if the type does not
618     // match, and we should reuse it to get the derived pointer. But it could be
619     // cases like this:
620     // bb1:
621     //  ...
622     //  %g1 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
623     //  br label %merge
624     //
625     // bb2:
626     //  ...
627     //  %g2 = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(...)
628     //  br label %merge
629     //
630     // merge:
631     //  %p1 = phi i8 addrspace(1)* [ %g1, %bb1 ], [ %g2, %bb2 ]
632     //  %cast = bitcast i8 addrspace(1)* %p1 in to i32 addrspace(1)*
633     //
634     // In this case, we can not find the bitcast any more. So we insert a new bitcast
635     // no matter there is already one or not. In this way, we can handle all cases, and
636     // the extra bitcast should be optimized away in later passes.
637     Instruction *ActualRelocatedBase = RelocatedBase;
638     if (RelocatedBase->getType() != Base->getType()) {
639       ActualRelocatedBase =
640           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(RelocatedBase, Base->getType()));
641     }
642     Value *Replacement = Builder.CreateGEP(
643         Derived->getSourceElementType(), ActualRelocatedBase, makeArrayRef(OffsetV));
644     Instruction *ReplacementInst = cast<Instruction>(Replacement);
645     Replacement->takeName(ToReplace);
646     // If the newly generated derived pointer's type does not match the original derived
647     // pointer's type, cast the new derived pointer to match it. Same reasoning as above.
648     Instruction *ActualReplacement = ReplacementInst;
649     if (ReplacementInst->getType() != ToReplace->getType()) {
650       ActualReplacement =
651           cast<Instruction>(Builder.CreateBitCast(ReplacementInst, ToReplace->getType()));
652     }
653     ToReplace->replaceAllUsesWith(ActualReplacement);
654     ToReplace->eraseFromParent();
655
656     MadeChange = true;
657   }
658   return MadeChange;
659 }
660
661 // Turns this:
662 //
663 // %base = ...
664 // %ptr = gep %base + 15
665 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
666 // %base' = relocate(%tok, i32 4, i32 4)
667 // %ptr' = relocate(%tok, i32 4, i32 5)
668 // %val = load %ptr'
669 //
670 // into this:
671 //
672 // %base = ...
673 // %ptr = gep %base + 15
674 // %tok = statepoint (%fun, i32 0, i32 0, i32 0, %base, %ptr)
675 // %base' = gc.relocate(%tok, i32 4, i32 4)
676 // %ptr' = gep %base' + 15
677 // %val = load %ptr'
678 bool CodeGenPrepare::simplifyOffsetableRelocate(Instruction &I) {
679   bool MadeChange = false;
680   SmallVector<User *, 2> AllRelocateCalls;
681
682   for (auto *U : I.users())
683     if (isGCRelocate(dyn_cast<Instruction>(U)))
684       // Collect all the relocate calls associated with a statepoint
685       AllRelocateCalls.push_back(U);
686
687   // We need atleast one base pointer relocation + one derived pointer
688   // relocation to mangle
689   if (AllRelocateCalls.size() < 2)
690     return false;
691
692   // RelocateInstMap is a mapping from the base relocate instruction to the
693   // corresponding derived relocate instructions
694   DenseMap<IntrinsicInst *, SmallVector<IntrinsicInst *, 2>> RelocateInstMap;
695   computeBaseDerivedRelocateMap(AllRelocateCalls, RelocateInstMap);
696   if (RelocateInstMap.empty())
697     return false;
698
699   for (auto &Item : RelocateInstMap)
700     // Item.first is the RelocatedBase to offset against
701     // Item.second is the vector of Targets to replace
702     MadeChange = simplifyRelocatesOffABase(Item.first, Item.second);
703   return MadeChange;
704 }
705
706 /// SinkCast - Sink the specified cast instruction into its user blocks
707 static bool SinkCast(CastInst *CI) {
708   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
709
710   /// InsertedCasts - Only insert a cast in each block once.
711   DenseMap<BasicBlock*, CastInst*> InsertedCasts;
712
713   bool MadeChange = false;
714   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
715        UI != E; ) {
716     Use &TheUse = UI.getUse();
717     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
718
719     // Figure out which BB this cast is used in.  For PHI's this is the
720     // appropriate predecessor block.
721     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
722     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
723       UserBB = PN->getIncomingBlock(TheUse);
724     }
725
726     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
727     ++UI;
728
729     // If this user is in the same block as the cast, don't change the cast.
730     if (UserBB == DefBB) continue;
731
732     // If we have already inserted a cast into this block, use it.
733     CastInst *&InsertedCast = InsertedCasts[UserBB];
734
735     if (!InsertedCast) {
736       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
737       assert(InsertPt != UserBB->end());
738       InsertedCast = CastInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getOperand(0),
739                                       CI->getType(), "", &*InsertPt);
740     }
741
742     // Replace a use of the cast with a use of the new cast.
743     TheUse = InsertedCast;
744     MadeChange = true;
745     ++NumCastUses;
746   }
747
748   // If we removed all uses, nuke the cast.
749   if (CI->use_empty()) {
750     CI->eraseFromParent();
751     MadeChange = true;
752   }
753
754   return MadeChange;
755 }
756
757 /// If the specified cast instruction is a noop copy (e.g. it's casting from
758 /// one pointer type to another, i32->i8 on PPC), sink it into user blocks to
759 /// reduce the number of virtual registers that must be created and coalesced.
760 ///
761 /// Return true if any changes are made.
762 ///
763 static bool OptimizeNoopCopyExpression(CastInst *CI, const TargetLowering &TLI,
764                                        const DataLayout &DL) {
765   // If this is a noop copy,
766   EVT SrcVT = TLI.getValueType(DL, CI->getOperand(0)->getType());
767   EVT DstVT = TLI.getValueType(DL, CI->getType());
768
769   // This is an fp<->int conversion?
770   if (SrcVT.isInteger() != DstVT.isInteger())
771     return false;
772
773   // If this is an extension, it will be a zero or sign extension, which
774   // isn't a noop.
775   if (SrcVT.bitsLT(DstVT)) return false;
776
777   // If these values will be promoted, find out what they will be promoted
778   // to.  This helps us consider truncates on PPC as noop copies when they
779   // are.
780   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), SrcVT) ==
781       TargetLowering::TypePromoteInteger)
782     SrcVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), SrcVT);
783   if (TLI.getTypeAction(CI->getContext(), DstVT) ==
784       TargetLowering::TypePromoteInteger)
785     DstVT = TLI.getTypeToTransformTo(CI->getContext(), DstVT);
786
787   // If, after promotion, these are the same types, this is a noop copy.
788   if (SrcVT != DstVT)
789     return false;
790
791   return SinkCast(CI);
792 }
793
794 /// Try to combine CI into a call to the llvm.uadd.with.overflow intrinsic if
795 /// possible.
796 ///
797 /// Return true if any changes were made.
798 static bool CombineUAddWithOverflow(CmpInst *CI) {
799   Value *A, *B;
800   Instruction *AddI;
801   if (!match(CI,
802              m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B), m_Instruction(AddI))))
803     return false;
804
805   Type *Ty = AddI->getType();
806   if (!isa<IntegerType>(Ty))
807     return false;
808
809   // We don't want to move around uses of condition values this late, so we we
810   // check if it is legal to create the call to the intrinsic in the basic
811   // block containing the icmp:
812
813   if (AddI->getParent() != CI->getParent() && !AddI->hasOneUse())
814     return false;
815
816 #ifndef NDEBUG
817   // Someday m_UAddWithOverflow may get smarter, but this is a safe assumption
818   // for now:
819   if (AddI->hasOneUse())
820     assert(*AddI->user_begin() == CI && "expected!");
821 #endif
822
823   Module *M = CI->getParent()->getParent()->getParent();
824   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::uadd_with_overflow, Ty);
825
826   auto *InsertPt = AddI->hasOneUse() ? CI : AddI;
827
828   auto *UAddWithOverflow =
829       CallInst::Create(F, {A, B}, "uadd.overflow", InsertPt);
830   auto *UAdd = ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 0, "uadd", InsertPt);
831   auto *Overflow =
832       ExtractValueInst::Create(UAddWithOverflow, 1, "overflow", InsertPt);
833
834   CI->replaceAllUsesWith(Overflow);
835   AddI->replaceAllUsesWith(UAdd);
836   CI->eraseFromParent();
837   AddI->eraseFromParent();
838   return true;
839 }
840
841 /// Sink the given CmpInst into user blocks to reduce the number of virtual
842 /// registers that must be created and coalesced. This is a clear win except on
843 /// targets with multiple condition code registers (PowerPC), where it might
844 /// lose; some adjustment may be wanted there.
845 ///
846 /// Return true if any changes are made.
847 static bool SinkCmpExpression(CmpInst *CI) {
848   BasicBlock *DefBB = CI->getParent();
849
850   /// Only insert a cmp in each block once.
851   DenseMap<BasicBlock*, CmpInst*> InsertedCmps;
852
853   bool MadeChange = false;
854   for (Value::user_iterator UI = CI->user_begin(), E = CI->user_end();
855        UI != E; ) {
856     Use &TheUse = UI.getUse();
857     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
858
859     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
860     ++UI;
861
862     // Don't bother for PHI nodes.
863     if (isa<PHINode>(User))
864       continue;
865
866     // Figure out which BB this cmp is used in.
867     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
868
869     // If this user is in the same block as the cmp, don't change the cmp.
870     if (UserBB == DefBB) continue;
871
872     // If we have already inserted a cmp into this block, use it.
873     CmpInst *&InsertedCmp = InsertedCmps[UserBB];
874
875     if (!InsertedCmp) {
876       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
877       assert(InsertPt != UserBB->end());
878       InsertedCmp =
879           CmpInst::Create(CI->getOpcode(), CI->getPredicate(),
880                           CI->getOperand(0), CI->getOperand(1), "", &*InsertPt);
881     }
882
883     // Replace a use of the cmp with a use of the new cmp.
884     TheUse = InsertedCmp;
885     MadeChange = true;
886     ++NumCmpUses;
887   }
888
889   // If we removed all uses, nuke the cmp.
890   if (CI->use_empty()) {
891     CI->eraseFromParent();
892     MadeChange = true;
893   }
894
895   return MadeChange;
896 }
897
898 static bool OptimizeCmpExpression(CmpInst *CI) {
899   if (SinkCmpExpression(CI))
900     return true;
901
902   if (CombineUAddWithOverflow(CI))
903     return true;
904
905   return false;
906 }
907
908 /// Check if the candidates could be combined with a shift instruction, which
909 /// includes:
910 /// 1. Truncate instruction
911 /// 2. And instruction and the imm is a mask of the low bits:
912 /// imm & (imm+1) == 0
913 static bool isExtractBitsCandidateUse(Instruction *User) {
914   if (!isa<TruncInst>(User)) {
915     if (User->getOpcode() != Instruction::And ||
916         !isa<ConstantInt>(User->getOperand(1)))
917       return false;
918
919     const APInt &Cimm = cast<ConstantInt>(User->getOperand(1))->getValue();
920
921     if ((Cimm & (Cimm + 1)).getBoolValue())
922       return false;
923   }
924   return true;
925 }
926
927 /// Sink both shift and truncate instruction to the use of truncate's BB.
928 static bool
929 SinkShiftAndTruncate(BinaryOperator *ShiftI, Instruction *User, ConstantInt *CI,
930                      DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> &InsertedShifts,
931                      const TargetLowering &TLI, const DataLayout &DL) {
932   BasicBlock *UserBB = User->getParent();
933   DenseMap<BasicBlock *, CastInst *> InsertedTruncs;
934   TruncInst *TruncI = dyn_cast<TruncInst>(User);
935   bool MadeChange = false;
936
937   for (Value::user_iterator TruncUI = TruncI->user_begin(),
938                             TruncE = TruncI->user_end();
939        TruncUI != TruncE;) {
940
941     Use &TruncTheUse = TruncUI.getUse();
942     Instruction *TruncUser = cast<Instruction>(*TruncUI);
943     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
944
945     ++TruncUI;
946
947     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(TruncUser->getOpcode());
948     if (!ISDOpcode)
949       continue;
950
951     // If the use is actually a legal node, there will not be an
952     // implicit truncate.
953     // FIXME: always querying the result type is just an
954     // approximation; some nodes' legality is determined by the
955     // operand or other means. There's no good way to find out though.
956     if (TLI.isOperationLegalOrCustom(
957             ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, TruncUser->getType(), true)))
958       continue;
959
960     // Don't bother for PHI nodes.
961     if (isa<PHINode>(TruncUser))
962       continue;
963
964     BasicBlock *TruncUserBB = TruncUser->getParent();
965
966     if (UserBB == TruncUserBB)
967       continue;
968
969     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[TruncUserBB];
970     CastInst *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[TruncUserBB];
971
972     if (!InsertedShift && !InsertedTrunc) {
973       BasicBlock::iterator InsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
974       assert(InsertPt != TruncUserBB->end());
975       // Sink the shift
976       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
977         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
978                                                    "", &*InsertPt);
979       else
980         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
981                                                    "", &*InsertPt);
982
983       // Sink the trunc
984       BasicBlock::iterator TruncInsertPt = TruncUserBB->getFirstInsertionPt();
985       TruncInsertPt++;
986       assert(TruncInsertPt != TruncUserBB->end());
987
988       InsertedTrunc = CastInst::Create(TruncI->getOpcode(), InsertedShift,
989                                        TruncI->getType(), "", &*TruncInsertPt);
990
991       MadeChange = true;
992
993       TruncTheUse = InsertedTrunc;
994     }
995   }
996   return MadeChange;
997 }
998
999 /// Sink the shift *right* instruction into user blocks if the uses could
1000 /// potentially be combined with this shift instruction and generate BitExtract
1001 /// instruction. It will only be applied if the architecture supports BitExtract
1002 /// instruction. Here is an example:
1003 /// BB1:
1004 ///   %x.extract.shift = lshr i64 %arg1, 32
1005 /// BB2:
1006 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift to i16
1007 /// ==>
1008 ///
1009 /// BB2:
1010 ///   %x.extract.shift.1 = lshr i64 %arg1, 32
1011 ///   %x.extract.trunc = trunc i64 %x.extract.shift.1 to i16
1012 ///
1013 /// CodeGen will recoginze the pattern in BB2 and generate BitExtract
1014 /// instruction.
1015 /// Return true if any changes are made.
1016 static bool OptimizeExtractBits(BinaryOperator *ShiftI, ConstantInt *CI,
1017                                 const TargetLowering &TLI,
1018                                 const DataLayout &DL) {
1019   BasicBlock *DefBB = ShiftI->getParent();
1020
1021   /// Only insert instructions in each block once.
1022   DenseMap<BasicBlock *, BinaryOperator *> InsertedShifts;
1023
1024   bool shiftIsLegal = TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, ShiftI->getType()));
1025
1026   bool MadeChange = false;
1027   for (Value::user_iterator UI = ShiftI->user_begin(), E = ShiftI->user_end();
1028        UI != E;) {
1029     Use &TheUse = UI.getUse();
1030     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1031     // Preincrement use iterator so we don't invalidate it.
1032     ++UI;
1033
1034     // Don't bother for PHI nodes.
1035     if (isa<PHINode>(User))
1036       continue;
1037
1038     if (!isExtractBitsCandidateUse(User))
1039       continue;
1040
1041     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
1042
1043     if (UserBB == DefBB) {
1044       // If the shift and truncate instruction are in the same BB. The use of
1045       // the truncate(TruncUse) may still introduce another truncate if not
1046       // legal. In this case, we would like to sink both shift and truncate
1047       // instruction to the BB of TruncUse.
1048       // for example:
1049       // BB1:
1050       // i64 shift.result = lshr i64 opnd, imm
1051       // trunc.result = trunc shift.result to i16
1052       //
1053       // BB2:
1054       //   ----> We will have an implicit truncate here if the architecture does
1055       //   not have i16 compare.
1056       // cmp i16 trunc.result, opnd2
1057       //
1058       if (isa<TruncInst>(User) && shiftIsLegal
1059           // If the type of the truncate is legal, no trucate will be
1060           // introduced in other basic blocks.
1061           &&
1062           (!TLI.isTypeLegal(TLI.getValueType(DL, User->getType()))))
1063         MadeChange =
1064             SinkShiftAndTruncate(ShiftI, User, CI, InsertedShifts, TLI, DL);
1065
1066       continue;
1067     }
1068     // If we have already inserted a shift into this block, use it.
1069     BinaryOperator *&InsertedShift = InsertedShifts[UserBB];
1070
1071     if (!InsertedShift) {
1072       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
1073       assert(InsertPt != UserBB->end());
1074
1075       if (ShiftI->getOpcode() == Instruction::AShr)
1076         InsertedShift = BinaryOperator::CreateAShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1077                                                    "", &*InsertPt);
1078       else
1079         InsertedShift = BinaryOperator::CreateLShr(ShiftI->getOperand(0), CI,
1080                                                    "", &*InsertPt);
1081
1082       MadeChange = true;
1083     }
1084
1085     // Replace a use of the shift with a use of the new shift.
1086     TheUse = InsertedShift;
1087   }
1088
1089   // If we removed all uses, nuke the shift.
1090   if (ShiftI->use_empty())
1091     ShiftI->eraseFromParent();
1092
1093   return MadeChange;
1094 }
1095
1096 // Translate a masked load intrinsic like
1097 // <16 x i32 > @llvm.masked.load( <16 x i32>* %addr, i32 align,
1098 //                               <16 x i1> %mask, <16 x i32> %passthru)
1099 // to a chain of basic blocks, with loading element one-by-one if
1100 // the appropriate mask bit is set
1101 // 
1102 //  %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1103 //  %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1104 //  %3 = icmp eq i1 %2, true
1105 //  br i1 %3, label %cond.load, label %else
1106 //
1107 //cond.load:                                        ; preds = %0
1108 //  %4 = getelementptr i32* %1, i32 0
1109 //  %5 = load i32* %4
1110 //  %6 = insertelement <16 x i32> undef, i32 %5, i32 0
1111 //  br label %else
1112 //
1113 //else:                                             ; preds = %0, %cond.load
1114 //  %res.phi.else = phi <16 x i32> [ %6, %cond.load ], [ undef, %0 ]
1115 //  %7 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1116 //  %8 = icmp eq i1 %7, true
1117 //  br i1 %8, label %cond.load1, label %else2
1118 //
1119 //cond.load1:                                       ; preds = %else
1120 //  %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1121 //  %10 = load i32* %9
1122 //  %11 = insertelement <16 x i32> %res.phi.else, i32 %10, i32 1
1123 //  br label %else2
1124 //
1125 //else2:                                            ; preds = %else, %cond.load1
1126 //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1127 //  %12 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 2
1128 //  %13 = icmp eq i1 %12, true
1129 //  br i1 %13, label %cond.load4, label %else5
1130 //
1131 static void ScalarizeMaskedLoad(CallInst *CI) {
1132   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(0);
1133   Value *Alignment = CI->getArgOperand(1);
1134   Value *Mask = CI->getArgOperand(2);
1135   Value *Src0 = CI->getArgOperand(3);
1136
1137   unsigned AlignVal = cast<ConstantInt>(Alignment)->getZExtValue();
1138   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(CI->getType());
1139   assert(VecType && "Unexpected return type of masked load intrinsic");
1140
1141   Type *EltTy = CI->getType()->getVectorElementType();
1142
1143   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1144   Instruction *InsertPt = CI;
1145   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1146   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
1147   BasicBlock *PrevIfBlock = CI->getParent();
1148
1149   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1150   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1151
1152   // Short-cut if the mask is all-true.
1153   bool IsAllOnesMask = isa<Constant>(Mask) &&
1154     cast<Constant>(Mask)->isAllOnesValue();
1155
1156   if (IsAllOnesMask) {
1157     Value *NewI = Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, AlignVal);
1158     CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1159     CI->eraseFromParent();
1160     return;
1161   }
1162
1163   // Adjust alignment for the scalar instruction.
1164   AlignVal = std::min(AlignVal, VecType->getScalarSizeInBits()/8);
1165   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1166   Type *NewPtrType =
1167     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1168   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1169   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1170
1171   Value *UndefVal = UndefValue::get(VecType);
1172
1173   // The result vector
1174   Value *VResult = UndefVal;
1175
1176   if (isa<ConstantVector>(Mask)) {
1177     for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1178       if (cast<ConstantVector>(Mask)->getOperand(Idx)->isNullValue())
1179           continue;
1180       Value *Gep =
1181           Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1182       LoadInst* Load = Builder.CreateAlignedLoad(Gep, AlignVal);
1183       VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load,
1184                                             Builder.getInt32(Idx));
1185     }
1186     Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, VResult, Src0);
1187     CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1188     CI->eraseFromParent();
1189     return;
1190   }
1191
1192   PHINode *Phi = nullptr;
1193   Value *PrevPhi = UndefVal;
1194
1195   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1196
1197     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1198     //
1199     //  %res.phi.else3 = phi <16 x i32> [ %11, %cond.load1 ], [ %res.phi.else, %else ]
1200     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1201     //  %to_load = icmp eq i1 %mask_1, true
1202     //  br i1 %to_load, label %cond.load, label %else
1203     //
1204     if (Idx > 0) {
1205       Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.else");
1206       Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1207       Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1208       PrevPhi = Phi;
1209       VResult = Phi;
1210     }
1211
1212     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1213     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1214                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1215
1216     // Create "cond" block
1217     //
1218     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1219     //  %Elt = load i32* %EltAddr
1220     //  VResult = insertelement <16 x i32> VResult, i32 %Elt, i32 Idx
1221     //
1222     CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "cond.load");
1223     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1224
1225     Value *Gep =
1226         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1227     LoadInst *Load = Builder.CreateAlignedLoad(Gep, AlignVal);
1228     VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load, Builder.getInt32(Idx));
1229
1230     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1231     BasicBlock *NewIfBlock =
1232         CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "else");
1233     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1234     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1235     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1236     OldBr->eraseFromParent();
1237     PrevIfBlock = IfBlock;
1238     IfBlock = NewIfBlock;
1239   }
1240
1241   Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.select");
1242   Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1243   Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1244   Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, Phi, Src0);
1245   CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1246   CI->eraseFromParent();
1247 }
1248
1249 // Translate a masked store intrinsic, like
1250 // void @llvm.masked.store(<16 x i32> %src, <16 x i32>* %addr, i32 align,
1251 //                               <16 x i1> %mask)
1252 // to a chain of basic blocks, that stores element one-by-one if
1253 // the appropriate mask bit is set
1254 //
1255 //   %1 = bitcast i8* %addr to i32*
1256 //   %2 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 0
1257 //   %3 = icmp eq i1 %2, true
1258 //   br i1 %3, label %cond.store, label %else
1259 //
1260 // cond.store:                                       ; preds = %0
1261 //   %4 = extractelement <16 x i32> %val, i32 0
1262 //   %5 = getelementptr i32* %1, i32 0
1263 //   store i32 %4, i32* %5
1264 //   br label %else
1265 // 
1266 // else:                                             ; preds = %0, %cond.store
1267 //   %6 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 1
1268 //   %7 = icmp eq i1 %6, true
1269 //   br i1 %7, label %cond.store1, label %else2
1270 // 
1271 // cond.store1:                                      ; preds = %else
1272 //   %8 = extractelement <16 x i32> %val, i32 1
1273 //   %9 = getelementptr i32* %1, i32 1
1274 //   store i32 %8, i32* %9
1275 //   br label %else2
1276 //   . . .
1277 static void ScalarizeMaskedStore(CallInst *CI) {
1278   Value *Src = CI->getArgOperand(0);
1279   Value *Ptr  = CI->getArgOperand(1);
1280   Value *Alignment = CI->getArgOperand(2);
1281   Value *Mask = CI->getArgOperand(3);
1282
1283   unsigned AlignVal = cast<ConstantInt>(Alignment)->getZExtValue();
1284   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(Src->getType());
1285   assert(VecType && "Unexpected data type in masked store intrinsic");
1286
1287   Type *EltTy = VecType->getElementType();
1288
1289   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1290   Instruction *InsertPt = CI;
1291   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1292   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1293   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1294
1295   // Short-cut if the mask is all-true.
1296   bool IsAllOnesMask = isa<Constant>(Mask) &&
1297     cast<Constant>(Mask)->isAllOnesValue();
1298
1299   if (IsAllOnesMask) {
1300     Builder.CreateAlignedStore(Src, Ptr, AlignVal);
1301     CI->eraseFromParent();
1302     return;
1303   }
1304
1305   // Adjust alignment for the scalar instruction.
1306   AlignVal = std::max(AlignVal, VecType->getScalarSizeInBits()/8);
1307   // Bitcast %addr fron i8* to EltTy*
1308   Type *NewPtrType =
1309     EltTy->getPointerTo(cast<PointerType>(Ptr->getType())->getAddressSpace());
1310   Value *FirstEltPtr = Builder.CreateBitCast(Ptr, NewPtrType);
1311   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1312
1313   if (isa<ConstantVector>(Mask)) {
1314     for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1315       if (cast<ConstantVector>(Mask)->getOperand(Idx)->isNullValue())
1316           continue;
1317       Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx));
1318       Value *Gep =
1319           Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1320       Builder.CreateAlignedStore(OneElt, Gep, AlignVal);
1321     }
1322     CI->eraseFromParent();
1323     return;
1324   }
1325
1326   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1327
1328     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1329     //
1330     //  %mask_1 = extractelement <16 x i1> %mask, i32 Idx
1331     //  %to_store = icmp eq i1 %mask_1, true
1332     //  br i1 %to_store, label %cond.store, label %else
1333     //
1334     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask, Builder.getInt32(Idx));
1335     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1336                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1));
1337
1338     // Create "cond" block
1339     //
1340     //  %OneElt = extractelement <16 x i32> %Src, i32 Idx
1341     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1342     //  %store i32 %OneElt, i32* %EltAddr
1343     //
1344     BasicBlock *CondBlock =
1345         IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "cond.store");
1346     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1347
1348     Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx));
1349     Value *Gep =
1350         Builder.CreateInBoundsGEP(EltTy, FirstEltPtr, Builder.getInt32(Idx));
1351     Builder.CreateAlignedStore(OneElt, Gep, AlignVal);
1352
1353     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1354     BasicBlock *NewIfBlock =
1355         CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt->getIterator(), "else");
1356     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1357     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1358     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1359     OldBr->eraseFromParent();
1360     IfBlock = NewIfBlock;
1361   }
1362   CI->eraseFromParent();
1363 }
1364
1365 // Translate a masked gather intrinsic like
1366 // <16 x i32 > @llvm.masked.gather.v16i32( <16 x i32*> %Ptrs, i32 4,
1367 //                               <16 x i1> %Mask, <16 x i32> %Src)
1368 // to a chain of basic blocks, with loading element one-by-one if
1369 // the appropriate mask bit is set
1370 // 
1371 // % Ptrs = getelementptr i32, i32* %base, <16 x i64> %ind
1372 // % Mask0 = extractelement <16 x i1> %Mask, i32 0
1373 // % ToLoad0 = icmp eq i1 % Mask0, true
1374 // br i1 % ToLoad0, label %cond.load, label %else
1375 // 
1376 // cond.load:
1377 // % Ptr0 = extractelement <16 x i32*> %Ptrs, i32 0
1378 // % Load0 = load i32, i32* % Ptr0, align 4
1379 // % Res0 = insertelement <16 x i32> undef, i32 % Load0, i32 0
1380 // br label %else
1381 // 
1382 // else:
1383 // %res.phi.else = phi <16 x i32>[% Res0, %cond.load], [undef, % 0]
1384 // % Mask1 = extractelement <16 x i1> %Mask, i32 1
1385 // % ToLoad1 = icmp eq i1 % Mask1, true
1386 // br i1 % ToLoad1, label %cond.load1, label %else2
1387 // 
1388 // cond.load1:
1389 // % Ptr1 = extractelement <16 x i32*> %Ptrs, i32 1
1390 // % Load1 = load i32, i32* % Ptr1, align 4
1391 // % Res1 = insertelement <16 x i32> %res.phi.else, i32 % Load1, i32 1
1392 // br label %else2
1393 // . . .
1394 // % Result = select <16 x i1> %Mask, <16 x i32> %res.phi.select, <16 x i32> %Src
1395 // ret <16 x i32> %Result
1396 static void ScalarizeMaskedGather(CallInst *CI) {
1397   Value *Ptrs = CI->getArgOperand(0);
1398   Value *Alignment = CI->getArgOperand(1);
1399   Value *Mask = CI->getArgOperand(2);
1400   Value *Src0 = CI->getArgOperand(3);
1401
1402   VectorType *VecType = dyn_cast<VectorType>(CI->getType());
1403
1404   assert(VecType && "Unexpected return type of masked load intrinsic");
1405
1406   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1407   Instruction *InsertPt = CI;
1408   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1409   BasicBlock *CondBlock = nullptr;
1410   BasicBlock *PrevIfBlock = CI->getParent();
1411   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1412   unsigned AlignVal = cast<ConstantInt>(Alignment)->getZExtValue();
1413
1414   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1415
1416   Value *UndefVal = UndefValue::get(VecType);
1417
1418   // The result vector
1419   Value *VResult = UndefVal;
1420   unsigned VectorWidth = VecType->getNumElements();
1421
1422   // Shorten the way if the mask is a vector of constants.
1423   bool IsConstMask = isa<ConstantVector>(Mask);
1424
1425   if (IsConstMask) {
1426     for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1427       if (cast<ConstantVector>(Mask)->getOperand(Idx)->isNullValue())
1428         continue;
1429       Value *Ptr = Builder.CreateExtractElement(Ptrs, Builder.getInt32(Idx),
1430                                                 "Ptr" + Twine(Idx));
1431       LoadInst *Load = Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, AlignVal,
1432                                                  "Load" + Twine(Idx));
1433       VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load,
1434                                             Builder.getInt32(Idx),
1435                                             "Res" + Twine(Idx));
1436     }
1437     Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, VResult, Src0);
1438     CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1439     CI->eraseFromParent();
1440     return;
1441   }
1442
1443   PHINode *Phi = nullptr;
1444   Value *PrevPhi = UndefVal;
1445
1446   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1447
1448     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1449     //
1450     //  %Mask1 = extractelement <16 x i1> %Mask, i32 1
1451     //  %ToLoad1 = icmp eq i1 %Mask1, true
1452     //  br i1 %ToLoad1, label %cond.load, label %else
1453     //
1454     if (Idx > 0) {
1455       Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.else");
1456       Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1457       Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1458       PrevPhi = Phi;
1459       VResult = Phi;
1460     }
1461
1462     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask,
1463                                                     Builder.getInt32(Idx),
1464                                                     "Mask" + Twine(Idx));
1465     Value *Cmp = Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1466                                     ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1),
1467                                     "ToLoad" + Twine(Idx));
1468
1469     // Create "cond" block
1470     //
1471     //  %EltAddr = getelementptr i32* %1, i32 0
1472     //  %Elt = load i32* %EltAddr
1473     //  VResult = insertelement <16 x i32> VResult, i32 %Elt, i32 Idx
1474     //
1475     CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.load");
1476     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1477
1478     Value *Ptr = Builder.CreateExtractElement(Ptrs, Builder.getInt32(Idx),
1479                                               "Ptr" + Twine(Idx));
1480     LoadInst *Load = Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, AlignVal,
1481                                                "Load" + Twine(Idx));
1482     VResult = Builder.CreateInsertElement(VResult, Load, Builder.getInt32(Idx),
1483                                           "Res" + Twine(Idx));
1484
1485     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1486     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1487     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1488     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1489     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1490     OldBr->eraseFromParent();
1491     PrevIfBlock = IfBlock;
1492     IfBlock = NewIfBlock;
1493   }
1494
1495   Phi = Builder.CreatePHI(VecType, 2, "res.phi.select");
1496   Phi->addIncoming(VResult, CondBlock);
1497   Phi->addIncoming(PrevPhi, PrevIfBlock);
1498   Value *NewI = Builder.CreateSelect(Mask, Phi, Src0);
1499   CI->replaceAllUsesWith(NewI);
1500   CI->eraseFromParent();
1501 }
1502
1503 // Translate a masked scatter intrinsic, like
1504 // void @llvm.masked.scatter.v16i32(<16 x i32> %Src, <16 x i32*>* %Ptrs, i32 4,
1505 //                                  <16 x i1> %Mask)
1506 // to a chain of basic blocks, that stores element one-by-one if
1507 // the appropriate mask bit is set.
1508 //
1509 // % Ptrs = getelementptr i32, i32* %ptr, <16 x i64> %ind
1510 // % Mask0 = extractelement <16 x i1> % Mask, i32 0
1511 // % ToStore0 = icmp eq i1 % Mask0, true
1512 // br i1 %ToStore0, label %cond.store, label %else
1513 //
1514 // cond.store:
1515 // % Elt0 = extractelement <16 x i32> %Src, i32 0
1516 // % Ptr0 = extractelement <16 x i32*> %Ptrs, i32 0
1517 // store i32 %Elt0, i32* % Ptr0, align 4
1518 // br label %else
1519 // 
1520 // else:
1521 // % Mask1 = extractelement <16 x i1> % Mask, i32 1
1522 // % ToStore1 = icmp eq i1 % Mask1, true
1523 // br i1 % ToStore1, label %cond.store1, label %else2
1524 //
1525 // cond.store1:
1526 // % Elt1 = extractelement <16 x i32> %Src, i32 1
1527 // % Ptr1 = extractelement <16 x i32*> %Ptrs, i32 1
1528 // store i32 % Elt1, i32* % Ptr1, align 4
1529 // br label %else2
1530 //   . . .
1531 static void ScalarizeMaskedScatter(CallInst *CI) {
1532   Value *Src = CI->getArgOperand(0);
1533   Value *Ptrs = CI->getArgOperand(1);
1534   Value *Alignment = CI->getArgOperand(2);
1535   Value *Mask = CI->getArgOperand(3);
1536
1537   assert(isa<VectorType>(Src->getType()) &&
1538          "Unexpected data type in masked scatter intrinsic");
1539   assert(isa<VectorType>(Ptrs->getType()) &&
1540          isa<PointerType>(Ptrs->getType()->getVectorElementType()) &&
1541          "Vector of pointers is expected in masked scatter intrinsic");
1542
1543   IRBuilder<> Builder(CI->getContext());
1544   Instruction *InsertPt = CI;
1545   BasicBlock *IfBlock = CI->getParent();
1546   Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1547   Builder.SetCurrentDebugLocation(CI->getDebugLoc());
1548
1549   unsigned AlignVal = cast<ConstantInt>(Alignment)->getZExtValue();
1550   unsigned VectorWidth = Src->getType()->getVectorNumElements();
1551
1552   // Shorten the way if the mask is a vector of constants.
1553   bool IsConstMask = isa<ConstantVector>(Mask);
1554
1555   if (IsConstMask) {
1556     for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1557       if (cast<ConstantVector>(Mask)->getOperand(Idx)->isNullValue())
1558         continue;
1559       Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx),
1560                                                    "Elt" + Twine(Idx));
1561       Value *Ptr = Builder.CreateExtractElement(Ptrs, Builder.getInt32(Idx),
1562                                                 "Ptr" + Twine(Idx));
1563       Builder.CreateAlignedStore(OneElt, Ptr, AlignVal);
1564     }
1565     CI->eraseFromParent();
1566     return;
1567   }
1568   for (unsigned Idx = 0; Idx < VectorWidth; ++Idx) {
1569     // Fill the "else" block, created in the previous iteration
1570     //
1571     //  % Mask1 = extractelement <16 x i1> % Mask, i32 Idx
1572     //  % ToStore = icmp eq i1 % Mask1, true
1573     //  br i1 % ToStore, label %cond.store, label %else
1574     //
1575     Value *Predicate = Builder.CreateExtractElement(Mask,
1576                                                     Builder.getInt32(Idx),
1577                                                     "Mask" + Twine(Idx));
1578     Value *Cmp =
1579        Builder.CreateICmp(ICmpInst::ICMP_EQ, Predicate,
1580                           ConstantInt::get(Predicate->getType(), 1),
1581                           "ToStore" + Twine(Idx));
1582
1583     // Create "cond" block
1584     //
1585     //  % Elt1 = extractelement <16 x i32> %Src, i32 1
1586     //  % Ptr1 = extractelement <16 x i32*> %Ptrs, i32 1
1587     //  %store i32 % Elt1, i32* % Ptr1
1588     //
1589     BasicBlock *CondBlock = IfBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "cond.store");
1590     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1591
1592     Value *OneElt = Builder.CreateExtractElement(Src, Builder.getInt32(Idx),
1593                                                  "Elt" + Twine(Idx));
1594     Value *Ptr = Builder.CreateExtractElement(Ptrs, Builder.getInt32(Idx),
1595                                               "Ptr" + Twine(Idx));
1596     Builder.CreateAlignedStore(OneElt, Ptr, AlignVal);
1597
1598     // Create "else" block, fill it in the next iteration
1599     BasicBlock *NewIfBlock = CondBlock->splitBasicBlock(InsertPt, "else");
1600     Builder.SetInsertPoint(InsertPt);
1601     Instruction *OldBr = IfBlock->getTerminator();
1602     BranchInst::Create(CondBlock, NewIfBlock, Cmp, OldBr);
1603     OldBr->eraseFromParent();
1604     IfBlock = NewIfBlock;
1605   }
1606   CI->eraseFromParent();
1607 }
1608
1609 /// If counting leading or trailing zeros is an expensive operation and a zero
1610 /// input is defined, add a check for zero to avoid calling the intrinsic.
1611 ///
1612 /// We want to transform:
1613 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 false)
1614 ///
1615 /// into:
1616 ///   entry:
1617 ///     %cmpz = icmp eq i64 %A, 0
1618 ///     br i1 %cmpz, label %cond.end, label %cond.false
1619 ///   cond.false:
1620 ///     %z = call i64 @llvm.cttz.i64(i64 %A, i1 true)
1621 ///     br label %cond.end
1622 ///   cond.end:
1623 ///     %ctz = phi i64 [ 64, %entry ], [ %z, %cond.false ]
1624 ///
1625 /// If the transform is performed, return true and set ModifiedDT to true.
1626 static bool despeculateCountZeros(IntrinsicInst *CountZeros,
1627                                   const TargetLowering *TLI,
1628                                   const DataLayout *DL,
1629                                   bool &ModifiedDT) {
1630   if (!TLI || !DL)
1631     return false;
1632
1633   // If a zero input is undefined, it doesn't make sense to despeculate that.
1634   if (match(CountZeros->getOperand(1), m_One()))
1635     return false;
1636
1637   // If it's cheap to speculate, there's nothing to do.
1638   auto IntrinsicID = CountZeros->getIntrinsicID();
1639   if ((IntrinsicID == Intrinsic::cttz && TLI->isCheapToSpeculateCttz()) ||
1640       (IntrinsicID == Intrinsic::ctlz && TLI->isCheapToSpeculateCtlz()))
1641     return false;
1642
1643   // Only handle legal scalar cases. Anything else requires too much work.
1644   Type *Ty = CountZeros->getType();
1645   unsigned SizeInBits = Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1646   if (Ty->isVectorTy() || SizeInBits > DL->getLargestLegalIntTypeSize())
1647     return false;
1648
1649   // The intrinsic will be sunk behind a compare against zero and branch.
1650   BasicBlock *StartBlock = CountZeros->getParent();
1651   BasicBlock *CallBlock = StartBlock->splitBasicBlock(CountZeros, "cond.false");
1652
1653   // Create another block after the count zero intrinsic. A PHI will be added
1654   // in this block to select the result of the intrinsic or the bit-width
1655   // constant if the input to the intrinsic is zero.
1656   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(CountZeros));
1657   BasicBlock *EndBlock = CallBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "cond.end");
1658
1659   // Set up a builder to create a compare, conditional branch, and PHI.
1660   IRBuilder<> Builder(CountZeros->getContext());
1661   Builder.SetInsertPoint(StartBlock->getTerminator());
1662   Builder.SetCurrentDebugLocation(CountZeros->getDebugLoc());
1663
1664   // Replace the unconditional branch that was created by the first split with
1665   // a compare against zero and a conditional branch.
1666   Value *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1667   Value *Cmp = Builder.CreateICmpEQ(CountZeros->getOperand(0), Zero, "cmpz");
1668   Builder.CreateCondBr(Cmp, EndBlock, CallBlock);
1669   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
1670
1671   // Create a PHI in the end block to select either the output of the intrinsic
1672   // or the bit width of the operand.
1673   Builder.SetInsertPoint(&EndBlock->front());
1674   PHINode *PN = Builder.CreatePHI(Ty, 2, "ctz");
1675   CountZeros->replaceAllUsesWith(PN);
1676   Value *BitWidth = Builder.getInt(APInt(SizeInBits, SizeInBits));
1677   PN->addIncoming(BitWidth, StartBlock);
1678   PN->addIncoming(CountZeros, CallBlock);
1679
1680   // We are explicitly handling the zero case, so we can set the intrinsic's
1681   // undefined zero argument to 'true'. This will also prevent reprocessing the
1682   // intrinsic; we only despeculate when a zero input is defined.
1683   CountZeros->setArgOperand(1, Builder.getTrue());
1684   ModifiedDT = true;
1685   return true;
1686 }
1687
1688 bool CodeGenPrepare::optimizeCallInst(CallInst *CI, bool& ModifiedDT) {
1689   BasicBlock *BB = CI->getParent();
1690
1691   // Lower inline assembly if we can.
1692   // If we found an inline asm expession, and if the target knows how to
1693   // lower it to normal LLVM code, do so now.
1694   if (TLI && isa<InlineAsm>(CI->getCalledValue())) {
1695     if (TLI->ExpandInlineAsm(CI)) {
1696       // Avoid invalidating the iterator.
1697       CurInstIterator = BB->begin();
1698       // Avoid processing instructions out of order, which could cause
1699       // reuse before a value is defined.
1700       SunkAddrs.clear();
1701       return true;
1702     }
1703     // Sink address computing for memory operands into the block.
1704     if (optimizeInlineAsmInst(CI))
1705       return true;
1706   }
1707
1708   // Align the pointer arguments to this call if the target thinks it's a good
1709   // idea
1710   unsigned MinSize, PrefAlign;
1711   if (TLI && TLI->shouldAlignPointerArgs(CI, MinSize, PrefAlign)) {
1712     for (auto &Arg : CI->arg_operands()) {
1713       // We want to align both objects whose address is used directly and
1714       // objects whose address is used in casts and GEPs, though it only makes
1715       // sense for GEPs if the offset is a multiple of the desired alignment and
1716       // if size - offset meets the size threshold.
1717       if (!Arg->getType()->isPointerTy())
1718         continue;
1719       APInt Offset(DL->getPointerSizeInBits(
1720                        cast<PointerType>(Arg->getType())->getAddressSpace()),
1721                    0);
1722       Value *Val = Arg->stripAndAccumulateInBoundsConstantOffsets(*DL, Offset);
1723       uint64_t Offset2 = Offset.getLimitedValue();
1724       if ((Offset2 & (PrefAlign-1)) != 0)
1725         continue;
1726       AllocaInst *AI;
1727       if ((AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val)) && AI->getAlignment() < PrefAlign &&
1728           DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType()) >= MinSize + Offset2)
1729         AI->setAlignment(PrefAlign);
1730       // Global variables can only be aligned if they are defined in this
1731       // object (i.e. they are uniquely initialized in this object), and
1732       // over-aligning global variables that have an explicit section is
1733       // forbidden.
1734       GlobalVariable *GV;
1735       if ((GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Val)) && GV->hasUniqueInitializer() &&
1736           !GV->hasSection() && GV->getAlignment() < PrefAlign &&
1737           DL->getTypeAllocSize(GV->getType()->getElementType()) >=
1738               MinSize + Offset2)
1739         GV->setAlignment(PrefAlign);
1740     }
1741     // If this is a memcpy (or similar) then we may be able to improve the
1742     // alignment
1743     if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(CI)) {
1744       unsigned Align = getKnownAlignment(MI->getDest(), *DL);
1745       if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(MI))
1746         Align = std::min(Align, getKnownAlignment(MTI->getSource(), *DL));
1747       if (Align > MI->getAlignment())
1748         MI->setAlignment(ConstantInt::get(MI->getAlignmentType(), Align));
1749     }
1750   }
1751
1752   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI);
1753   if (II) {
1754     switch (II->getIntrinsicID()) {
1755     default: break;
1756     case Intrinsic::objectsize: {
1757       // Lower all uses of llvm.objectsize.*
1758       bool Min = (cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue() == 1);
1759       Type *ReturnTy = CI->getType();
1760       Constant *RetVal = ConstantInt::get(ReturnTy, Min ? 0 : -1ULL);
1761
1762       // Substituting this can cause recursive simplifications, which can
1763       // invalidate our iterator.  Use a WeakVH to hold onto it in case this
1764       // happens.
1765       WeakVH IterHandle(&*CurInstIterator);
1766
1767       replaceAndRecursivelySimplify(CI, RetVal,
1768                                     TLInfo, nullptr);
1769
1770       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
1771       // start of the block.
1772       if (IterHandle != CurInstIterator.getNodePtrUnchecked()) {
1773         CurInstIterator = BB->begin();
1774         SunkAddrs.clear();
1775       }
1776       return true;
1777     }
1778     case Intrinsic::masked_load: {
1779       // Scalarize unsupported vector masked load
1780       if (!TTI->isLegalMaskedLoad(CI->getType())) {
1781         ScalarizeMaskedLoad(CI);
1782         ModifiedDT = true;
1783         return true;
1784       }
1785       return false;
1786     }
1787     case Intrinsic::masked_store: {
1788       if (!TTI->isLegalMaskedStore(CI->getArgOperand(0)->getType())) {
1789         ScalarizeMaskedStore(CI);
1790         ModifiedDT = true;
1791         return true;
1792       }
1793       return false;
1794     }
1795     case Intrinsic::masked_gather: {
1796       if (!TTI->isLegalMaskedGather(CI->getType())) {
1797         ScalarizeMaskedGather(CI);
1798         ModifiedDT = true;
1799         return true;
1800       }
1801       return false;
1802     }
1803     case Intrinsic::masked_scatter: {
1804       if (!TTI->isLegalMaskedScatter(CI->getArgOperand(0)->getType())) {
1805         ScalarizeMaskedScatter(CI);
1806         ModifiedDT = true;
1807         return true;
1808       }
1809       return false;
1810     }
1811     case Intrinsic::aarch64_stlxr:
1812     case Intrinsic::aarch64_stxr: {
1813       ZExtInst *ExtVal = dyn_cast<ZExtInst>(CI->getArgOperand(0));
1814       if (!ExtVal || !ExtVal->hasOneUse() ||
1815           ExtVal->getParent() == CI->getParent())
1816         return false;
1817       // Sink a zext feeding stlxr/stxr before it, so it can be folded into it.
1818       ExtVal->moveBefore(CI);
1819       // Mark this instruction as "inserted by CGP", so that other
1820       // optimizations don't touch it.
1821       InsertedInsts.insert(ExtVal);
1822       return true;
1823     }
1824     case Intrinsic::invariant_group_barrier:
1825       II->replaceAllUsesWith(II->getArgOperand(0));
1826       II->eraseFromParent();
1827       return true;
1828
1829     case Intrinsic::cttz:
1830     case Intrinsic::ctlz:
1831       // If counting zeros is expensive, try to avoid it.
1832       return despeculateCountZeros(II, TLI, DL, ModifiedDT);
1833     }
1834
1835     if (TLI) {
1836       // Unknown address space.
1837       // TODO: Target hook to pick which address space the intrinsic cares
1838       // about?
1839       unsigned AddrSpace = ~0u;
1840       SmallVector<Value*, 2> PtrOps;
1841       Type *AccessTy;
1842       if (TLI->GetAddrModeArguments(II, PtrOps, AccessTy, AddrSpace))
1843         while (!PtrOps.empty())
1844           if (optimizeMemoryInst(II, PtrOps.pop_back_val(), AccessTy, AddrSpace))
1845             return true;
1846     }
1847   }
1848
1849   // From here on out we're working with named functions.
1850   if (!CI->getCalledFunction()) return false;
1851
1852   // Lower all default uses of _chk calls.  This is very similar
1853   // to what InstCombineCalls does, but here we are only lowering calls
1854   // to fortified library functions (e.g. __memcpy_chk) that have the default
1855   // "don't know" as the objectsize.  Anything else should be left alone.
1856   FortifiedLibCallSimplifier Simplifier(TLInfo, true);
1857   if (Value *V = Simplifier.optimizeCall(CI)) {
1858     CI->replaceAllUsesWith(V);
1859     CI->eraseFromParent();
1860     return true;
1861   }
1862   return false;
1863 }
1864
1865 /// Look for opportunities to duplicate return instructions to the predecessor
1866 /// to enable tail call optimizations. The case it is currently looking for is:
1867 /// @code
1868 /// bb0:
1869 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1870 ///   br label %return
1871 /// bb1:
1872 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1873 ///   br label %return
1874 /// bb2:
1875 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1876 ///   br label %return
1877 /// return:
1878 ///   %retval = phi i32 [ %tmp0, %bb0 ], [ %tmp1, %bb1 ], [ %tmp2, %bb2 ]
1879 ///   ret i32 %retval
1880 /// @endcode
1881 ///
1882 /// =>
1883 ///
1884 /// @code
1885 /// bb0:
1886 ///   %tmp0 = tail call i32 @f0()
1887 ///   ret i32 %tmp0
1888 /// bb1:
1889 ///   %tmp1 = tail call i32 @f1()
1890 ///   ret i32 %tmp1
1891 /// bb2:
1892 ///   %tmp2 = tail call i32 @f2()
1893 ///   ret i32 %tmp2
1894 /// @endcode
1895 bool CodeGenPrepare::dupRetToEnableTailCallOpts(BasicBlock *BB) {
1896   if (!TLI)
1897     return false;
1898
1899   ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
1900   if (!RI)
1901     return false;
1902
1903   PHINode *PN = nullptr;
1904   BitCastInst *BCI = nullptr;
1905   Value *V = RI->getReturnValue();
1906   if (V) {
1907     BCI = dyn_cast<BitCastInst>(V);
1908     if (BCI)
1909       V = BCI->getOperand(0);
1910
1911     PN = dyn_cast<PHINode>(V);
1912     if (!PN)
1913       return false;
1914   }
1915
1916   if (PN && PN->getParent() != BB)
1917     return false;
1918
1919   // It's not safe to eliminate the sign / zero extension of the return value.
1920   // See llvm::isInTailCallPosition().
1921   const Function *F = BB->getParent();
1922   AttributeSet CallerAttrs = F->getAttributes();
1923   if (CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::ZExt) ||
1924       CallerAttrs.hasAttribute(AttributeSet::ReturnIndex, Attribute::SExt))
1925     return false;
1926
1927   // Make sure there are no instructions between the PHI and return, or that the
1928   // return is the first instruction in the block.
1929   if (PN) {
1930     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1931     do { ++BI; } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI));
1932     if (&*BI == BCI)
1933       // Also skip over the bitcast.
1934       ++BI;
1935     if (&*BI != RI)
1936       return false;
1937   } else {
1938     BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1939     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BI)) ++BI;
1940     if (&*BI != RI)
1941       return false;
1942   }
1943
1944   /// Only dup the ReturnInst if the CallInst is likely to be emitted as a tail
1945   /// call.
1946   SmallVector<CallInst*, 4> TailCalls;
1947   if (PN) {
1948     for (unsigned I = 0, E = PN->getNumIncomingValues(); I != E; ++I) {
1949       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(PN->getIncomingValue(I));
1950       // Make sure the phi value is indeed produced by the tail call.
1951       if (CI && CI->hasOneUse() && CI->getParent() == PN->getIncomingBlock(I) &&
1952           TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1953         TailCalls.push_back(CI);
1954     }
1955   } else {
1956     SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> VisitedBBs;
1957     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE; ++PI) {
1958       if (!VisitedBBs.insert(*PI).second)
1959         continue;
1960
1961       BasicBlock::InstListType &InstList = (*PI)->getInstList();
1962       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI = InstList.rbegin();
1963       BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RE = InstList.rend();
1964       do { ++RI; } while (RI != RE && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI));
1965       if (RI == RE)
1966         continue;
1967
1968       CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*RI);
1969       if (CI && CI->use_empty() && TLI->mayBeEmittedAsTailCall(CI))
1970         TailCalls.push_back(CI);
1971     }
1972   }
1973
1974   bool Changed = false;
1975   for (unsigned i = 0, e = TailCalls.size(); i != e; ++i) {
1976     CallInst *CI = TailCalls[i];
1977     CallSite CS(CI);
1978
1979     // Conservatively require the attributes of the call to match those of the
1980     // return. Ignore noalias because it doesn't affect the call sequence.
1981     AttributeSet CalleeAttrs = CS.getAttributes();
1982     if (AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1983           removeAttribute(Attribute::NoAlias) !=
1984         AttrBuilder(CalleeAttrs, AttributeSet::ReturnIndex).
1985           removeAttribute(Attribute::NoAlias))
1986       continue;
1987
1988     // Make sure the call instruction is followed by an unconditional branch to
1989     // the return block.
1990     BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
1991     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CallBB->getTerminator());
1992     if (!BI || !BI->isUnconditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
1993       continue;
1994
1995     // Duplicate the return into CallBB.
1996     (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, CallBB);
1997     ModifiedDT = Changed = true;
1998     ++NumRetsDup;
1999   }
2000
2001   // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2002   if (Changed && !BB->hasAddressTaken() && pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2003     BB->eraseFromParent();
2004
2005   return Changed;
2006 }
2007
2008 //===----------------------------------------------------------------------===//
2009 // Memory Optimization
2010 //===----------------------------------------------------------------------===//
2011
2012 namespace {
2013
2014 /// This is an extended version of TargetLowering::AddrMode
2015 /// which holds actual Value*'s for register values.
2016 struct ExtAddrMode : public TargetLowering::AddrMode {
2017   Value *BaseReg;
2018   Value *ScaledReg;
2019   ExtAddrMode() : BaseReg(nullptr), ScaledReg(nullptr) {}
2020   void print(raw_ostream &OS) const;
2021   void dump() const;
2022
2023   bool operator==(const ExtAddrMode& O) const {
2024     return (BaseReg == O.BaseReg) && (ScaledReg == O.ScaledReg) &&
2025            (BaseGV == O.BaseGV) && (BaseOffs == O.BaseOffs) &&
2026            (HasBaseReg == O.HasBaseReg) && (Scale == O.Scale);
2027   }
2028 };
2029
2030 #ifndef NDEBUG
2031 static inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const ExtAddrMode &AM) {
2032   AM.print(OS);
2033   return OS;
2034 }
2035 #endif
2036
2037 void ExtAddrMode::print(raw_ostream &OS) const {
2038   bool NeedPlus = false;
2039   OS << "[";
2040   if (BaseGV) {
2041     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2042        << "GV:";
2043     BaseGV->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2044     NeedPlus = true;
2045   }
2046
2047   if (BaseOffs) {
2048     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2049        << BaseOffs;
2050     NeedPlus = true;
2051   }
2052
2053   if (BaseReg) {
2054     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2055        << "Base:";
2056     BaseReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2057     NeedPlus = true;
2058   }
2059   if (Scale) {
2060     OS << (NeedPlus ? " + " : "")
2061        << Scale << "*";
2062     ScaledReg->printAsOperand(OS, /*PrintType=*/false);
2063   }
2064
2065   OS << ']';
2066 }
2067
2068 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
2069 void ExtAddrMode::dump() const {
2070   print(dbgs());
2071   dbgs() << '\n';
2072 }
2073 #endif
2074
2075 /// \brief This class provides transaction based operation on the IR.
2076 /// Every change made through this class is recorded in the internal state and
2077 /// can be undone (rollback) until commit is called.
2078 class TypePromotionTransaction {
2079
2080   /// \brief This represents the common interface of the individual transaction.
2081   /// Each class implements the logic for doing one specific modification on
2082   /// the IR via the TypePromotionTransaction.
2083   class TypePromotionAction {
2084   protected:
2085     /// The Instruction modified.
2086     Instruction *Inst;
2087
2088   public:
2089     /// \brief Constructor of the action.
2090     /// The constructor performs the related action on the IR.
2091     TypePromotionAction(Instruction *Inst) : Inst(Inst) {}
2092
2093     virtual ~TypePromotionAction() {}
2094
2095     /// \brief Undo the modification done by this action.
2096     /// When this method is called, the IR must be in the same state as it was
2097     /// before this action was applied.
2098     /// \pre Undoing the action works if and only if the IR is in the exact same
2099     /// state as it was directly after this action was applied.
2100     virtual void undo() = 0;
2101
2102     /// \brief Advocate every change made by this action.
2103     /// When the results on the IR of the action are to be kept, it is important
2104     /// to call this function, otherwise hidden information may be kept forever.
2105     virtual void commit() {
2106       // Nothing to be done, this action is not doing anything.
2107     }
2108   };
2109
2110   /// \brief Utility to remember the position of an instruction.
2111   class InsertionHandler {
2112     /// Position of an instruction.
2113     /// Either an instruction:
2114     /// - Is the first in a basic block: BB is used.
2115     /// - Has a previous instructon: PrevInst is used.
2116     union {
2117       Instruction *PrevInst;
2118       BasicBlock *BB;
2119     } Point;
2120     /// Remember whether or not the instruction had a previous instruction.
2121     bool HasPrevInstruction;
2122
2123   public:
2124     /// \brief Record the position of \p Inst.
2125     InsertionHandler(Instruction *Inst) {
2126       BasicBlock::iterator It = Inst->getIterator();
2127       HasPrevInstruction = (It != (Inst->getParent()->begin()));
2128       if (HasPrevInstruction)
2129         Point.PrevInst = &*--It;
2130       else
2131         Point.BB = Inst->getParent();
2132     }
2133
2134     /// \brief Insert \p Inst at the recorded position.
2135     void insert(Instruction *Inst) {
2136       if (HasPrevInstruction) {
2137         if (Inst->getParent())
2138           Inst->removeFromParent();
2139         Inst->insertAfter(Point.PrevInst);
2140       } else {
2141         Instruction *Position = &*Point.BB->getFirstInsertionPt();
2142         if (Inst->getParent())
2143           Inst->moveBefore(Position);
2144         else
2145           Inst->insertBefore(Position);
2146       }
2147     }
2148   };
2149
2150   /// \brief Move an instruction before another.
2151   class InstructionMoveBefore : public TypePromotionAction {
2152     /// Original position of the instruction.
2153     InsertionHandler Position;
2154
2155   public:
2156     /// \brief Move \p Inst before \p Before.
2157     InstructionMoveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before)
2158         : TypePromotionAction(Inst), Position(Inst) {
2159       DEBUG(dbgs() << "Do: move: " << *Inst << "\nbefore: " << *Before << "\n");
2160       Inst->moveBefore(Before);
2161     }
2162
2163     /// \brief Move the instruction back to its original position.
2164     void undo() override {
2165       DEBUG(dbgs() << "Undo: moveBefore: " << *Inst << "\n");
2166       Position.insert(Inst);
2167     }
2168   };
2169
2170   /// \brief Set the operand of an instruction with a new value.
2171   class OperandSetter : public TypePromotionAction {
2172     /// Original operand of the instruction.
2173     Value *Origin;
2174     /// Index of the modified instruction.
2175     unsigned Idx;
2176
2177   public:
2178     /// \brief Set \p Idx operand of \p Inst with \p NewVal.
2179     OperandSetter(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal)
2180         : TypePromotionAction(Inst), Idx(Idx) {
2181       DEBUG(dbgs() << "Do: setOperand: " << Idx << "\n"
2182                    << "for:" << *Inst << "\n"
2183                    << "with:" << *NewVal << "\n");
2184       Origin = Inst->getOperand(Idx);
2185       Inst->setOperand(Idx, NewVal);
2186     }
2187
2188     /// \brief Restore the original value of the instruction.
2189     void undo() override {
2190       DEBUG(dbgs() << "Undo: setOperand:" << Idx << "\n"
2191                    << "for: " << *Inst << "\n"
2192                    << "with: " << *Origin << "\n");
2193       Inst->setOperand(Idx, Origin);
2194     }
2195   };
2196
2197   /// \brief Hide the operands of an instruction.
2198   /// Do as if this instruction was not using any of its operands.
2199   class OperandsHider : public TypePromotionAction {
2200     /// The list of original operands.
2201     SmallVector<Value *, 4> OriginalValues;
2202
2203   public:
2204     /// \brief Remove \p Inst from the uses of the operands of \p Inst.
2205     OperandsHider(Instruction *Inst) : TypePromotionAction(Inst) {
2206       DEBUG(dbgs() << "Do: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2207       unsigned NumOpnds = Inst->getNumOperands();
2208       OriginalValues.reserve(NumOpnds);
2209       for (unsigned It = 0; It < NumOpnds; ++It) {
2210         // Save the current operand.
2211         Value *Val = Inst->getOperand(It);
2212         OriginalValues.push_back(Val);
2213         // Set a dummy one.
2214         // We could use OperandSetter here, but that would imply an overhead
2215         // that we are not willing to pay.
2216         Inst->setOperand(It, UndefValue::get(Val->getType()));
2217       }
2218     }
2219
2220     /// \brief Restore the original list of uses.
2221     void undo() override {
2222       DEBUG(dbgs() << "Undo: OperandsHider: " << *Inst << "\n");
2223       for (unsigned It = 0, EndIt = OriginalValues.size(); It != EndIt; ++It)
2224         Inst->setOperand(It, OriginalValues[It]);
2225     }
2226   };
2227
2228   /// \brief Build a truncate instruction.
2229   class TruncBuilder : public TypePromotionAction {
2230     Value *Val;
2231   public:
2232     /// \brief Build a truncate instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2233     /// result.
2234     /// trunc Opnd to Ty.
2235     TruncBuilder(Instruction *Opnd, Type *Ty) : TypePromotionAction(Opnd) {
2236       IRBuilder<> Builder(Opnd);
2237       Val = Builder.CreateTrunc(Opnd, Ty, "promoted");
2238       DEBUG(dbgs() << "Do: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2239     }
2240
2241     /// \brief Get the built value.
2242     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2243
2244     /// \brief Remove the built instruction.
2245     void undo() override {
2246       DEBUG(dbgs() << "Undo: TruncBuilder: " << *Val << "\n");
2247       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2248         IVal->eraseFromParent();
2249     }
2250   };
2251
2252   /// \brief Build a sign extension instruction.
2253   class SExtBuilder : public TypePromotionAction {
2254     Value *Val;
2255   public:
2256     /// \brief Build a sign extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2257     /// result.
2258     /// sext Opnd to Ty.
2259     SExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2260         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2261       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2262       Val = Builder.CreateSExt(Opnd, Ty, "promoted");
2263       DEBUG(dbgs() << "Do: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2264     }
2265
2266     /// \brief Get the built value.
2267     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2268
2269     /// \brief Remove the built instruction.
2270     void undo() override {
2271       DEBUG(dbgs() << "Undo: SExtBuilder: " << *Val << "\n");
2272       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2273         IVal->eraseFromParent();
2274     }
2275   };
2276
2277   /// \brief Build a zero extension instruction.
2278   class ZExtBuilder : public TypePromotionAction {
2279     Value *Val;
2280   public:
2281     /// \brief Build a zero extension instruction of \p Opnd producing a \p Ty
2282     /// result.
2283     /// zext Opnd to Ty.
2284     ZExtBuilder(Instruction *InsertPt, Value *Opnd, Type *Ty)
2285         : TypePromotionAction(InsertPt) {
2286       IRBuilder<> Builder(InsertPt);
2287       Val = Builder.CreateZExt(Opnd, Ty, "promoted");
2288       DEBUG(dbgs() << "Do: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2289     }
2290
2291     /// \brief Get the built value.
2292     Value *getBuiltValue() { return Val; }
2293
2294     /// \brief Remove the built instruction.
2295     void undo() override {
2296       DEBUG(dbgs() << "Undo: ZExtBuilder: " << *Val << "\n");
2297       if (Instruction *IVal = dyn_cast<Instruction>(Val))
2298         IVal->eraseFromParent();
2299     }
2300   };
2301
2302   /// \brief Mutate an instruction to another type.
2303   class TypeMutator : public TypePromotionAction {
2304     /// Record the original type.
2305     Type *OrigTy;
2306
2307   public:
2308     /// \brief Mutate the type of \p Inst into \p NewTy.
2309     TypeMutator(Instruction *Inst, Type *NewTy)
2310         : TypePromotionAction(Inst), OrigTy(Inst->getType()) {
2311       DEBUG(dbgs() << "Do: MutateType: " << *Inst << " with " << *NewTy
2312                    << "\n");
2313       Inst->mutateType(NewTy);
2314     }
2315
2316     /// \brief Mutate the instruction back to its original type.
2317     void undo() override {
2318       DEBUG(dbgs() << "Undo: MutateType: " << *Inst << " with " << *OrigTy
2319                    << "\n");
2320       Inst->mutateType(OrigTy);
2321     }
2322   };
2323
2324   /// \brief Replace the uses of an instruction by another instruction.
2325   class UsesReplacer : public TypePromotionAction {
2326     /// Helper structure to keep track of the replaced uses.
2327     struct InstructionAndIdx {
2328       /// The instruction using the instruction.
2329       Instruction *Inst;
2330       /// The index where this instruction is used for Inst.
2331       unsigned Idx;
2332       InstructionAndIdx(Instruction *Inst, unsigned Idx)
2333           : Inst(Inst), Idx(Idx) {}
2334     };
2335
2336     /// Keep track of the original uses (pair Instruction, Index).
2337     SmallVector<InstructionAndIdx, 4> OriginalUses;
2338     typedef SmallVectorImpl<InstructionAndIdx>::iterator use_iterator;
2339
2340   public:
2341     /// \brief Replace all the use of \p Inst by \p New.
2342     UsesReplacer(Instruction *Inst, Value *New) : TypePromotionAction(Inst) {
2343       DEBUG(dbgs() << "Do: UsersReplacer: " << *Inst << " with " << *New
2344                    << "\n");
2345       // Record the original uses.
2346       for (Use &U : Inst->uses()) {
2347         Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
2348         OriginalUses.push_back(InstructionAndIdx(UserI, U.getOperandNo()));
2349       }
2350       // Now, we can replace the uses.
2351       Inst->replaceAllUsesWith(New);
2352     }
2353
2354     /// \brief Reassign the original uses of Inst to Inst.
2355     void undo() override {
2356       DEBUG(dbgs() << "Undo: UsersReplacer: " << *Inst << "\n");
2357       for (use_iterator UseIt = OriginalUses.begin(),
2358                         EndIt = OriginalUses.end();
2359            UseIt != EndIt; ++UseIt) {
2360         UseIt->Inst->setOperand(UseIt->Idx, Inst);
2361       }
2362     }
2363   };
2364
2365   /// \brief Remove an instruction from the IR.
2366   class InstructionRemover : public TypePromotionAction {
2367     /// Original position of the instruction.
2368     InsertionHandler Inserter;
2369     /// Helper structure to hide all the link to the instruction. In other
2370     /// words, this helps to do as if the instruction was removed.
2371     OperandsHider Hider;
2372     /// Keep track of the uses replaced, if any.
2373     UsesReplacer *Replacer;
2374
2375   public:
2376     /// \brief Remove all reference of \p Inst and optinally replace all its
2377     /// uses with New.
2378     /// \pre If !Inst->use_empty(), then New != nullptr
2379     InstructionRemover(Instruction *Inst, Value *New = nullptr)
2380         : TypePromotionAction(Inst), Inserter(Inst), Hider(Inst),
2381           Replacer(nullptr) {
2382       if (New)
2383         Replacer = new UsesReplacer(Inst, New);
2384       DEBUG(dbgs() << "Do: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2385       Inst->removeFromParent();
2386     }
2387
2388     ~InstructionRemover() override { delete Replacer; }
2389
2390     /// \brief Really remove the instruction.
2391     void commit() override { delete Inst; }
2392
2393     /// \brief Resurrect the instruction and reassign it to the proper uses if
2394     /// new value was provided when build this action.
2395     void undo() override {
2396       DEBUG(dbgs() << "Undo: InstructionRemover: " << *Inst << "\n");
2397       Inserter.insert(Inst);
2398       if (Replacer)
2399         Replacer->undo();
2400       Hider.undo();
2401     }
2402   };
2403
2404 public:
2405   /// Restoration point.
2406   /// The restoration point is a pointer to an action instead of an iterator
2407   /// because the iterator may be invalidated but not the pointer.
2408   typedef const TypePromotionAction *ConstRestorationPt;
2409   /// Advocate every changes made in that transaction.
2410   void commit();
2411   /// Undo all the changes made after the given point.
2412   void rollback(ConstRestorationPt Point);
2413   /// Get the current restoration point.
2414   ConstRestorationPt getRestorationPoint() const;
2415
2416   /// \name API for IR modification with state keeping to support rollback.
2417   /// @{
2418   /// Same as Instruction::setOperand.
2419   void setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx, Value *NewVal);
2420   /// Same as Instruction::eraseFromParent.
2421   void eraseInstruction(Instruction *Inst, Value *NewVal = nullptr);
2422   /// Same as Value::replaceAllUsesWith.
2423   void replaceAllUsesWith(Instruction *Inst, Value *New);
2424   /// Same as Value::mutateType.
2425   void mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy);
2426   /// Same as IRBuilder::createTrunc.
2427   Value *createTrunc(Instruction *Opnd, Type *Ty);
2428   /// Same as IRBuilder::createSExt.
2429   Value *createSExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2430   /// Same as IRBuilder::createZExt.
2431   Value *createZExt(Instruction *Inst, Value *Opnd, Type *Ty);
2432   /// Same as Instruction::moveBefore.
2433   void moveBefore(Instruction *Inst, Instruction *Before);
2434   /// @}
2435
2436 private:
2437   /// The ordered list of actions made so far.
2438   SmallVector<std::unique_ptr<TypePromotionAction>, 16> Actions;
2439   typedef SmallVectorImpl<std::unique_ptr<TypePromotionAction>>::iterator CommitPt;
2440 };
2441
2442 void TypePromotionTransaction::setOperand(Instruction *Inst, unsigned Idx,
2443                                           Value *NewVal) {
2444   Actions.push_back(
2445       make_unique<TypePromotionTransaction::OperandSetter>(Inst, Idx, NewVal));
2446 }
2447
2448 void TypePromotionTransaction::eraseInstruction(Instruction *Inst,
2449                                                 Value *NewVal) {
2450   Actions.push_back(
2451       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionRemover>(Inst, NewVal));
2452 }
2453
2454 void TypePromotionTransaction::replaceAllUsesWith(Instruction *Inst,
2455                                                   Value *New) {
2456   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::UsesReplacer>(Inst, New));
2457 }
2458
2459 void TypePromotionTransaction::mutateType(Instruction *Inst, Type *NewTy) {
2460   Actions.push_back(make_unique<TypePromotionTransaction::TypeMutator>(Inst, NewTy));
2461 }
2462
2463 Value *TypePromotionTransaction::createTrunc(Instruction *Opnd,
2464                                              Type *Ty) {
2465   std::unique_ptr<TruncBuilder> Ptr(new TruncBuilder(Opnd, Ty));
2466   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2467   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2468   return Val;
2469 }
2470
2471 Value *TypePromotionTransaction::createSExt(Instruction *Inst,
2472                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2473   std::unique_ptr<SExtBuilder> Ptr(new SExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2474   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2475   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2476   return Val;
2477 }
2478
2479 Value *TypePromotionTransaction::createZExt(Instruction *Inst,
2480                                             Value *Opnd, Type *Ty) {
2481   std::unique_ptr<ZExtBuilder> Ptr(new ZExtBuilder(Inst, Opnd, Ty));
2482   Value *Val = Ptr->getBuiltValue();
2483   Actions.push_back(std::move(Ptr));
2484   return Val;
2485 }
2486
2487 void TypePromotionTransaction::moveBefore(Instruction *Inst,
2488                                           Instruction *Before) {
2489   Actions.push_back(
2490       make_unique<TypePromotionTransaction::InstructionMoveBefore>(Inst, Before));
2491 }
2492
2493 TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt
2494 TypePromotionTransaction::getRestorationPoint() const {
2495   return !Actions.empty() ? Actions.back().get() : nullptr;
2496 }
2497
2498 void TypePromotionTransaction::commit() {
2499   for (CommitPt It = Actions.begin(), EndIt = Actions.end(); It != EndIt;
2500        ++It)
2501     (*It)->commit();
2502   Actions.clear();
2503 }
2504
2505 void TypePromotionTransaction::rollback(
2506     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt Point) {
2507   while (!Actions.empty() && Point != Actions.back().get()) {
2508     std::unique_ptr<TypePromotionAction> Curr = Actions.pop_back_val();
2509     Curr->undo();
2510   }
2511 }
2512
2513 /// \brief A helper class for matching addressing modes.
2514 ///
2515 /// This encapsulates the logic for matching the target-legal addressing modes.
2516 class AddressingModeMatcher {
2517   SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts;
2518   const TargetMachine &TM;
2519   const TargetLowering &TLI;
2520   const DataLayout &DL;
2521
2522   /// AccessTy/MemoryInst - This is the type for the access (e.g. double) and
2523   /// the memory instruction that we're computing this address for.
2524   Type *AccessTy;
2525   unsigned AddrSpace;
2526   Instruction *MemoryInst;
2527
2528   /// This is the addressing mode that we're building up. This is
2529   /// part of the return value of this addressing mode matching stuff.
2530   ExtAddrMode &AddrMode;
2531
2532   /// The instructions inserted by other CodeGenPrepare optimizations.
2533   const SetOfInstrs &InsertedInsts;
2534   /// A map from the instructions to their type before promotion.
2535   InstrToOrigTy &PromotedInsts;
2536   /// The ongoing transaction where every action should be registered.
2537   TypePromotionTransaction &TPT;
2538
2539   /// This is set to true when we should not do profitability checks.
2540   /// When true, IsProfitableToFoldIntoAddressingMode always returns true.
2541   bool IgnoreProfitability;
2542
2543   AddressingModeMatcher(SmallVectorImpl<Instruction *> &AMI,
2544                         const TargetMachine &TM, Type *AT, unsigned AS,
2545                         Instruction *MI, ExtAddrMode &AM,
2546                         const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2547                         InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2548                         TypePromotionTransaction &TPT)
2549       : AddrModeInsts(AMI), TM(TM),
2550         TLI(*TM.getSubtargetImpl(*MI->getParent()->getParent())
2551                  ->getTargetLowering()),
2552         DL(MI->getModule()->getDataLayout()), AccessTy(AT), AddrSpace(AS),
2553         MemoryInst(MI), AddrMode(AM), InsertedInsts(InsertedInsts),
2554         PromotedInsts(PromotedInsts), TPT(TPT) {
2555     IgnoreProfitability = false;
2556   }
2557 public:
2558
2559   /// Find the maximal addressing mode that a load/store of V can fold,
2560   /// give an access type of AccessTy.  This returns a list of involved
2561   /// instructions in AddrModeInsts.
2562   /// \p InsertedInsts The instructions inserted by other CodeGenPrepare
2563   /// optimizations.
2564   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2565   /// \p The ongoing transaction where every action should be registered.
2566   static ExtAddrMode Match(Value *V, Type *AccessTy, unsigned AS,
2567                            Instruction *MemoryInst,
2568                            SmallVectorImpl<Instruction*> &AddrModeInsts,
2569                            const TargetMachine &TM,
2570                            const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2571                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2572                            TypePromotionTransaction &TPT) {
2573     ExtAddrMode Result;
2574
2575     bool Success = AddressingModeMatcher(AddrModeInsts, TM, AccessTy, AS,
2576                                          MemoryInst, Result, InsertedInsts,
2577                                          PromotedInsts, TPT).matchAddr(V, 0);
2578     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
2579     return Result;
2580   }
2581 private:
2582   bool matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale, unsigned Depth);
2583   bool matchAddr(Value *V, unsigned Depth);
2584   bool matchOperationAddr(User *Operation, unsigned Opcode, unsigned Depth,
2585                           bool *MovedAway = nullptr);
2586   bool isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I,
2587                                             ExtAddrMode &AMBefore,
2588                                             ExtAddrMode &AMAfter);
2589   bool valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val, Value *KnownLive1, Value *KnownLive2);
2590   bool isPromotionProfitable(unsigned NewCost, unsigned OldCost,
2591                              Value *PromotedOperand) const;
2592 };
2593
2594 /// Try adding ScaleReg*Scale to the current addressing mode.
2595 /// Return true and update AddrMode if this addr mode is legal for the target,
2596 /// false if not.
2597 bool AddressingModeMatcher::matchScaledValue(Value *ScaleReg, int64_t Scale,
2598                                              unsigned Depth) {
2599   // If Scale is 1, then this is the same as adding ScaleReg to the addressing
2600   // mode.  Just process that directly.
2601   if (Scale == 1)
2602     return matchAddr(ScaleReg, Depth);
2603
2604   // If the scale is 0, it takes nothing to add this.
2605   if (Scale == 0)
2606     return true;
2607
2608   // If we already have a scale of this value, we can add to it, otherwise, we
2609   // need an available scale field.
2610   if (AddrMode.Scale != 0 && AddrMode.ScaledReg != ScaleReg)
2611     return false;
2612
2613   ExtAddrMode TestAddrMode = AddrMode;
2614
2615   // Add scale to turn X*4+X*3 -> X*7.  This could also do things like
2616   // [A+B + A*7] -> [B+A*8].
2617   TestAddrMode.Scale += Scale;
2618   TestAddrMode.ScaledReg = ScaleReg;
2619
2620   // If the new address isn't legal, bail out.
2621   if (!TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace))
2622     return false;
2623
2624   // It was legal, so commit it.
2625   AddrMode = TestAddrMode;
2626
2627   // Okay, we decided that we can add ScaleReg+Scale to AddrMode.  Check now
2628   // to see if ScaleReg is actually X+C.  If so, we can turn this into adding
2629   // X*Scale + C*Scale to addr mode.
2630   ConstantInt *CI = nullptr; Value *AddLHS = nullptr;
2631   if (isa<Instruction>(ScaleReg) &&  // not a constant expr.
2632       match(ScaleReg, m_Add(m_Value(AddLHS), m_ConstantInt(CI)))) {
2633     TestAddrMode.ScaledReg = AddLHS;
2634     TestAddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue()*TestAddrMode.Scale;
2635
2636     // If this addressing mode is legal, commit it and remember that we folded
2637     // this instruction.
2638     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, TestAddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
2639       AddrModeInsts.push_back(cast<Instruction>(ScaleReg));
2640       AddrMode = TestAddrMode;
2641       return true;
2642     }
2643   }
2644
2645   // Otherwise, not (x+c)*scale, just return what we have.
2646   return true;
2647 }
2648
2649 /// This is a little filter, which returns true if an addressing computation
2650 /// involving I might be folded into a load/store accessing it.
2651 /// This doesn't need to be perfect, but needs to accept at least
2652 /// the set of instructions that MatchOperationAddr can.
2653 static bool MightBeFoldableInst(Instruction *I) {
2654   switch (I->getOpcode()) {
2655   case Instruction::BitCast:
2656   case Instruction::AddrSpaceCast:
2657     // Don't touch identity bitcasts.
2658     if (I->getType() == I->getOperand(0)->getType())
2659       return false;
2660     return I->getType()->isPointerTy() || I->getType()->isIntegerTy();
2661   case Instruction::PtrToInt:
2662     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
2663     return true;
2664   case Instruction::IntToPtr:
2665     // We know the input is intptr_t, so this is foldable.
2666     return true;
2667   case Instruction::Add:
2668     return true;
2669   case Instruction::Mul:
2670   case Instruction::Shl:
2671     // Can only handle X*C and X << C.
2672     return isa<ConstantInt>(I->getOperand(1));
2673   case Instruction::GetElementPtr:
2674     return true;
2675   default:
2676     return false;
2677   }
2678 }
2679
2680 /// \brief Check whether or not \p Val is a legal instruction for \p TLI.
2681 /// \note \p Val is assumed to be the product of some type promotion.
2682 /// Therefore if \p Val has an undefined state in \p TLI, this is assumed
2683 /// to be legal, as the non-promoted value would have had the same state.
2684 static bool isPromotedInstructionLegal(const TargetLowering &TLI,
2685                                        const DataLayout &DL, Value *Val) {
2686   Instruction *PromotedInst = dyn_cast<Instruction>(Val);
2687   if (!PromotedInst)
2688     return false;
2689   int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(PromotedInst->getOpcode());
2690   // If the ISDOpcode is undefined, it was undefined before the promotion.
2691   if (!ISDOpcode)
2692     return true;
2693   // Otherwise, check if the promoted instruction is legal or not.
2694   return TLI.isOperationLegalOrCustom(
2695       ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, PromotedInst->getType()));
2696 }
2697
2698 /// \brief Hepler class to perform type promotion.
2699 class TypePromotionHelper {
2700   /// \brief Utility function to check whether or not a sign or zero extension
2701   /// of \p Inst with \p ConsideredExtType can be moved through \p Inst by
2702   /// either using the operands of \p Inst or promoting \p Inst.
2703   /// The type of the extension is defined by \p IsSExt.
2704   /// In other words, check if:
2705   /// ext (Ty Inst opnd1 opnd2 ... opndN) to ConsideredExtType.
2706   /// #1 Promotion applies:
2707   /// ConsideredExtType Inst (ext opnd1 to ConsideredExtType, ...).
2708   /// #2 Operand reuses:
2709   /// ext opnd1 to ConsideredExtType.
2710   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2711   static bool canGetThrough(const Instruction *Inst, Type *ConsideredExtType,
2712                             const InstrToOrigTy &PromotedInsts, bool IsSExt);
2713
2714   /// \brief Utility function to determine if \p OpIdx should be promoted when
2715   /// promoting \p Inst.
2716   static bool shouldExtOperand(const Instruction *Inst, int OpIdx) {
2717     return !(isa<SelectInst>(Inst) && OpIdx == 0);
2718   }
2719
2720   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2721   /// operand is a promotable trunc or sext or zext.
2722   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2723   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all instructions
2724   /// created to promote the operand of Ext.
2725   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2726   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2727   /// Should never be called directly.
2728   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2729   static Value *promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2730       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2731       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2732       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2733       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI);
2734
2735   /// \brief Utility function to promote the operand of \p Ext when this
2736   /// operand is promotable and is not a supported trunc or sext.
2737   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2738   /// \p CreatedInstsCost[out] contains the cost of all the instructions
2739   /// created to promote the operand of Ext.
2740   /// Newly added extensions are inserted in \p Exts.
2741   /// Newly added truncates are inserted in \p Truncs.
2742   /// Should never be called directly.
2743   /// \return The promoted value which is used instead of Ext.
2744   static Value *promoteOperandForOther(Instruction *Ext,
2745                                        TypePromotionTransaction &TPT,
2746                                        InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2747                                        unsigned &CreatedInstsCost,
2748                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2749                                        SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2750                                        const TargetLowering &TLI, bool IsSExt);
2751
2752   /// \see promoteOperandForOther.
2753   static Value *signExtendOperandForOther(
2754       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2755       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2756       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2757       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2758     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2759                                   Exts, Truncs, TLI, true);
2760   }
2761
2762   /// \see promoteOperandForOther.
2763   static Value *zeroExtendOperandForOther(
2764       Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2765       InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2766       SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2767       SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2768     return promoteOperandForOther(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost,
2769                                   Exts, Truncs, TLI, false);
2770   }
2771
2772 public:
2773   /// Type for the utility function that promotes the operand of Ext.
2774   typedef Value *(*Action)(Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2775                            InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2776                            unsigned &CreatedInstsCost,
2777                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2778                            SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs,
2779                            const TargetLowering &TLI);
2780   /// \brief Given a sign/zero extend instruction \p Ext, return the approriate
2781   /// action to promote the operand of \p Ext instead of using Ext.
2782   /// \return NULL if no promotable action is possible with the current
2783   /// sign extension.
2784   /// \p InsertedInsts keeps track of all the instructions inserted by the
2785   /// other CodeGenPrepare optimizations. This information is important
2786   /// because we do not want to promote these instructions as CodeGenPrepare
2787   /// will reinsert them later. Thus creating an infinite loop: create/remove.
2788   /// \p PromotedInsts maps the instructions to their type before promotion.
2789   static Action getAction(Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2790                           const TargetLowering &TLI,
2791                           const InstrToOrigTy &PromotedInsts);
2792 };
2793
2794 bool TypePromotionHelper::canGetThrough(const Instruction *Inst,
2795                                         Type *ConsideredExtType,
2796                                         const InstrToOrigTy &PromotedInsts,
2797                                         bool IsSExt) {
2798   // The promotion helper does not know how to deal with vector types yet.
2799   // To be able to fix that, we would need to fix the places where we
2800   // statically extend, e.g., constants and such.
2801   if (Inst->getType()->isVectorTy())
2802     return false;
2803
2804   // We can always get through zext.
2805   if (isa<ZExtInst>(Inst))
2806     return true;
2807
2808   // sext(sext) is ok too.
2809   if (IsSExt && isa<SExtInst>(Inst))
2810     return true;
2811
2812   // We can get through binary operator, if it is legal. In other words, the
2813   // binary operator must have a nuw or nsw flag.
2814   const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Inst);
2815   if (BinOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(BinOp) &&
2816       ((!IsSExt && BinOp->hasNoUnsignedWrap()) ||
2817        (IsSExt && BinOp->hasNoSignedWrap())))
2818     return true;
2819
2820   // Check if we can do the following simplification.
2821   // ext(trunc(opnd)) --> ext(opnd)
2822   if (!isa<TruncInst>(Inst))
2823     return false;
2824
2825   Value *OpndVal = Inst->getOperand(0);
2826   // Check if we can use this operand in the extension.
2827   // If the type is larger than the result type of the extension, we cannot.
2828   if (!OpndVal->getType()->isIntegerTy() ||
2829       OpndVal->getType()->getIntegerBitWidth() >
2830           ConsideredExtType->getIntegerBitWidth())
2831     return false;
2832
2833   // If the operand of the truncate is not an instruction, we will not have
2834   // any information on the dropped bits.
2835   // (Actually we could for constant but it is not worth the extra logic).
2836   Instruction *Opnd = dyn_cast<Instruction>(OpndVal);
2837   if (!Opnd)
2838     return false;
2839
2840   // Check if the source of the type is narrow enough.
2841   // I.e., check that trunc just drops extended bits of the same kind of
2842   // the extension.
2843   // #1 get the type of the operand and check the kind of the extended bits.
2844   const Type *OpndType;
2845   InstrToOrigTy::const_iterator It = PromotedInsts.find(Opnd);
2846   if (It != PromotedInsts.end() && It->second.getInt() == IsSExt)
2847     OpndType = It->second.getPointer();
2848   else if ((IsSExt && isa<SExtInst>(Opnd)) || (!IsSExt && isa<ZExtInst>(Opnd)))
2849     OpndType = Opnd->getOperand(0)->getType();
2850   else
2851     return false;
2852
2853   // #2 check that the truncate just drops extended bits.
2854   return Inst->getType()->getIntegerBitWidth() >=
2855          OpndType->getIntegerBitWidth();
2856 }
2857
2858 TypePromotionHelper::Action TypePromotionHelper::getAction(
2859     Instruction *Ext, const SetOfInstrs &InsertedInsts,
2860     const TargetLowering &TLI, const InstrToOrigTy &PromotedInsts) {
2861   assert((isa<SExtInst>(Ext) || isa<ZExtInst>(Ext)) &&
2862          "Unexpected instruction type");
2863   Instruction *ExtOpnd = dyn_cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2864   Type *ExtTy = Ext->getType();
2865   bool IsSExt = isa<SExtInst>(Ext);
2866   // If the operand of the extension is not an instruction, we cannot
2867   // get through.
2868   // If it, check we can get through.
2869   if (!ExtOpnd || !canGetThrough(ExtOpnd, ExtTy, PromotedInsts, IsSExt))
2870     return nullptr;
2871
2872   // Do not promote if the operand has been added by codegenprepare.
2873   // Otherwise, it means we are undoing an optimization that is likely to be
2874   // redone, thus causing potential infinite loop.
2875   if (isa<TruncInst>(ExtOpnd) && InsertedInsts.count(ExtOpnd))
2876     return nullptr;
2877
2878   // SExt or Trunc instructions.
2879   // Return the related handler.
2880   if (isa<SExtInst>(ExtOpnd) || isa<TruncInst>(ExtOpnd) ||
2881       isa<ZExtInst>(ExtOpnd))
2882     return promoteOperandForTruncAndAnyExt;
2883
2884   // Regular instruction.
2885   // Abort early if we will have to insert non-free instructions.
2886   if (!ExtOpnd->hasOneUse() && !TLI.isTruncateFree(ExtTy, ExtOpnd->getType()))
2887     return nullptr;
2888   return IsSExt ? signExtendOperandForOther : zeroExtendOperandForOther;
2889 }
2890
2891 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForTruncAndAnyExt(
2892     llvm::Instruction *SExt, TypePromotionTransaction &TPT,
2893     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2894     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2895     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI) {
2896   // By construction, the operand of SExt is an instruction. Otherwise we cannot
2897   // get through it and this method should not be called.
2898   Instruction *SExtOpnd = cast<Instruction>(SExt->getOperand(0));
2899   Value *ExtVal = SExt;
2900   bool HasMergedNonFreeExt = false;
2901   if (isa<ZExtInst>(SExtOpnd)) {
2902     // Replace s|zext(zext(opnd))
2903     // => zext(opnd).
2904     HasMergedNonFreeExt = !TLI.isExtFree(SExtOpnd);
2905     Value *ZExt =
2906         TPT.createZExt(SExt, SExtOpnd->getOperand(0), SExt->getType());
2907     TPT.replaceAllUsesWith(SExt, ZExt);
2908     TPT.eraseInstruction(SExt);
2909     ExtVal = ZExt;
2910   } else {
2911     // Replace z|sext(trunc(opnd)) or sext(sext(opnd))
2912     // => z|sext(opnd).
2913     TPT.setOperand(SExt, 0, SExtOpnd->getOperand(0));
2914   }
2915   CreatedInstsCost = 0;
2916
2917   // Remove dead code.
2918   if (SExtOpnd->use_empty())
2919     TPT.eraseInstruction(SExtOpnd);
2920
2921   // Check if the extension is still needed.
2922   Instruction *ExtInst = dyn_cast<Instruction>(ExtVal);
2923   if (!ExtInst || ExtInst->getType() != ExtInst->getOperand(0)->getType()) {
2924     if (ExtInst) {
2925       if (Exts)
2926         Exts->push_back(ExtInst);
2927       CreatedInstsCost = !TLI.isExtFree(ExtInst) && !HasMergedNonFreeExt;
2928     }
2929     return ExtVal;
2930   }
2931
2932   // At this point we have: ext ty opnd to ty.
2933   // Reassign the uses of ExtInst to the opnd and remove ExtInst.
2934   Value *NextVal = ExtInst->getOperand(0);
2935   TPT.eraseInstruction(ExtInst, NextVal);
2936   return NextVal;
2937 }
2938
2939 Value *TypePromotionHelper::promoteOperandForOther(
2940     Instruction *Ext, TypePromotionTransaction &TPT,
2941     InstrToOrigTy &PromotedInsts, unsigned &CreatedInstsCost,
2942     SmallVectorImpl<Instruction *> *Exts,
2943     SmallVectorImpl<Instruction *> *Truncs, const TargetLowering &TLI,
2944     bool IsSExt) {
2945   // By construction, the operand of Ext is an instruction. Otherwise we cannot
2946   // get through it and this method should not be called.
2947   Instruction *ExtOpnd = cast<Instruction>(Ext->getOperand(0));
2948   CreatedInstsCost = 0;
2949   if (!ExtOpnd->hasOneUse()) {
2950     // ExtOpnd will be promoted.
2951     // All its uses, but Ext, will need to use a truncated value of the
2952     // promoted version.
2953     // Create the truncate now.
2954     Value *Trunc = TPT.createTrunc(Ext, ExtOpnd->getType());
2955     if (Instruction *ITrunc = dyn_cast<Instruction>(Trunc)) {
2956       ITrunc->removeFromParent();
2957       // Insert it just after the definition.
2958       ITrunc->insertAfter(ExtOpnd);
2959       if (Truncs)
2960         Truncs->push_back(ITrunc);
2961     }
2962
2963     TPT.replaceAllUsesWith(ExtOpnd, Trunc);
2964     // Restore the operand of Ext (which has been replaced by the previous call
2965     // to replaceAllUsesWith) to avoid creating a cycle trunc <-> sext.
2966     TPT.setOperand(Ext, 0, ExtOpnd);
2967   }
2968
2969   // Get through the Instruction:
2970   // 1. Update its type.
2971   // 2. Replace the uses of Ext by Inst.
2972   // 3. Extend each operand that needs to be extended.
2973
2974   // Remember the original type of the instruction before promotion.
2975   // This is useful to know that the high bits are sign extended bits.
2976   PromotedInsts.insert(std::pair<Instruction *, TypeIsSExt>(
2977       ExtOpnd, TypeIsSExt(ExtOpnd->getType(), IsSExt)));
2978   // Step #1.
2979   TPT.mutateType(ExtOpnd, Ext->getType());
2980   // Step #2.
2981   TPT.replaceAllUsesWith(Ext, ExtOpnd);
2982   // Step #3.
2983   Instruction *ExtForOpnd = Ext;
2984
2985   DEBUG(dbgs() << "Propagate Ext to operands\n");
2986   for (int OpIdx = 0, EndOpIdx = ExtOpnd->getNumOperands(); OpIdx != EndOpIdx;
2987        ++OpIdx) {
2988     DEBUG(dbgs() << "Operand:\n" << *(ExtOpnd->getOperand(OpIdx)) << '\n');
2989     if (ExtOpnd->getOperand(OpIdx)->getType() == Ext->getType() ||
2990         !shouldExtOperand(ExtOpnd, OpIdx)) {
2991       DEBUG(dbgs() << "No need to propagate\n");
2992       continue;
2993     }
2994     // Check if we can statically extend the operand.
2995     Value *Opnd = ExtOpnd->getOperand(OpIdx);
2996     if (const ConstantInt *Cst = dyn_cast<ConstantInt>(Opnd)) {
2997       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
2998       unsigned BitWidth = Ext->getType()->getIntegerBitWidth();
2999       APInt CstVal = IsSExt ? Cst->getValue().sext(BitWidth)
3000                             : Cst->getValue().zext(BitWidth);
3001       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ConstantInt::get(Ext->getType(), CstVal));
3002       continue;
3003     }
3004     // UndefValue are typed, so we have to statically sign extend them.
3005     if (isa<UndefValue>(Opnd)) {
3006       DEBUG(dbgs() << "Statically extend\n");
3007       TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, UndefValue::get(Ext->getType()));
3008       continue;
3009     }
3010
3011     // Otherwise we have to explicity sign extend the operand.
3012     // Check if Ext was reused to extend an operand.
3013     if (!ExtForOpnd) {
3014       // If yes, create a new one.
3015       DEBUG(dbgs() << "More operands to ext\n");
3016       Value *ValForExtOpnd = IsSExt ? TPT.createSExt(Ext, Opnd, Ext->getType())
3017         : TPT.createZExt(Ext, Opnd, Ext->getType());
3018       if (!isa<Instruction>(ValForExtOpnd)) {
3019         TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ValForExtOpnd);
3020         continue;
3021       }
3022       ExtForOpnd = cast<Instruction>(ValForExtOpnd);
3023     }
3024     if (Exts)
3025       Exts->push_back(ExtForOpnd);
3026     TPT.setOperand(ExtForOpnd, 0, Opnd);
3027
3028     // Move the sign extension before the insertion point.
3029     TPT.moveBefore(ExtForOpnd, ExtOpnd);
3030     TPT.setOperand(ExtOpnd, OpIdx, ExtForOpnd);
3031     CreatedInstsCost += !TLI.isExtFree(ExtForOpnd);
3032     // If more sext are required, new instructions will have to be created.
3033     ExtForOpnd = nullptr;
3034   }
3035   if (ExtForOpnd == Ext) {
3036     DEBUG(dbgs() << "Extension is useless now\n");
3037     TPT.eraseInstruction(Ext);
3038   }
3039   return ExtOpnd;
3040 }
3041
3042 /// Check whether or not promoting an instruction to a wider type is profitable.
3043 /// \p NewCost gives the cost of extension instructions created by the
3044 /// promotion.
3045 /// \p OldCost gives the cost of extension instructions before the promotion
3046 /// plus the number of instructions that have been
3047 /// matched in the addressing mode the promotion.
3048 /// \p PromotedOperand is the value that has been promoted.
3049 /// \return True if the promotion is profitable, false otherwise.
3050 bool AddressingModeMatcher::isPromotionProfitable(
3051     unsigned NewCost, unsigned OldCost, Value *PromotedOperand) const {
3052   DEBUG(dbgs() << "OldCost: " << OldCost << "\tNewCost: " << NewCost << '\n');
3053   // The cost of the new extensions is greater than the cost of the
3054   // old extension plus what we folded.
3055   // This is not profitable.
3056   if (NewCost > OldCost)
3057     return false;
3058   if (NewCost < OldCost)
3059     return true;
3060   // The promotion is neutral but it may help folding the sign extension in
3061   // loads for instance.
3062   // Check that we did not create an illegal instruction.
3063   return isPromotedInstructionLegal(TLI, DL, PromotedOperand);
3064 }
3065
3066 /// Given an instruction or constant expr, see if we can fold the operation
3067 /// into the addressing mode. If so, update the addressing mode and return
3068 /// true, otherwise return false without modifying AddrMode.
3069 /// If \p MovedAway is not NULL, it contains the information of whether or
3070 /// not AddrInst has to be folded into the addressing mode on success.
3071 /// If \p MovedAway == true, \p AddrInst will not be part of the addressing
3072 /// because it has been moved away.
3073 /// Thus AddrInst must not be added in the matched instructions.
3074 /// This state can happen when AddrInst is a sext, since it may be moved away.
3075 /// Therefore, AddrInst may not be valid when MovedAway is true and it must
3076 /// not be referenced anymore.
3077 bool AddressingModeMatcher::matchOperationAddr(User *AddrInst, unsigned Opcode,
3078                                                unsigned Depth,
3079                                                bool *MovedAway) {
3080   // Avoid exponential behavior on extremely deep expression trees.
3081   if (Depth >= 5) return false;
3082
3083   // By default, all matched instructions stay in place.
3084   if (MovedAway)
3085     *MovedAway = false;
3086
3087   switch (Opcode) {
3088   case Instruction::PtrToInt:
3089     // PtrToInt is always a noop, as we know that the int type is pointer sized.
3090     return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3091   case Instruction::IntToPtr: {
3092     auto AS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3093     auto PtrTy = MVT::getIntegerVT(DL.getPointerSizeInBits(AS));
3094     // This inttoptr is a no-op if the integer type is pointer sized.
3095     if (TLI.getValueType(DL, AddrInst->getOperand(0)->getType()) == PtrTy)
3096       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3097     return false;
3098   }
3099   case Instruction::BitCast:
3100     // BitCast is always a noop, and we can handle it as long as it is
3101     // int->int or pointer->pointer (we don't want int<->fp or something).
3102     if ((AddrInst->getOperand(0)->getType()->isPointerTy() ||
3103          AddrInst->getOperand(0)->getType()->isIntegerTy()) &&
3104         // Don't touch identity bitcasts.  These were probably put here by LSR,
3105         // and we don't want to mess around with them.  Assume it knows what it
3106         // is doing.
3107         AddrInst->getOperand(0)->getType() != AddrInst->getType())
3108       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3109     return false;
3110   case Instruction::AddrSpaceCast: {
3111     unsigned SrcAS
3112       = AddrInst->getOperand(0)->getType()->getPointerAddressSpace();
3113     unsigned DestAS = AddrInst->getType()->getPointerAddressSpace();
3114     if (TLI.isNoopAddrSpaceCast(SrcAS, DestAS))
3115       return matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth);
3116     return false;
3117   }
3118   case Instruction::Add: {
3119     // Check to see if we can merge in the RHS then the LHS.  If so, we win.
3120     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3121     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3122     // Start a transaction at this point.
3123     // The LHS may match but not the RHS.
3124     // Therefore, we need a higher level restoration point to undo partially
3125     // matched operation.
3126     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3127         TPT.getRestorationPoint();
3128
3129     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1) &&
3130         matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3131       return true;
3132
3133     // Restore the old addr mode info.
3134     AddrMode = BackupAddrMode;
3135     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3136     TPT.rollback(LastKnownGood);
3137
3138     // Otherwise this was over-aggressive.  Try merging in the LHS then the RHS.
3139     if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1) &&
3140         matchAddr(AddrInst->getOperand(1), Depth+1))
3141       return true;
3142
3143     // Otherwise we definitely can't merge the ADD in.
3144     AddrMode = BackupAddrMode;
3145     AddrModeInsts.resize(OldSize);
3146     TPT.rollback(LastKnownGood);
3147     break;
3148   }
3149   //case Instruction::Or:
3150   // TODO: We can handle "Or Val, Imm" iff this OR is equivalent to an ADD.
3151   //break;
3152   case Instruction::Mul:
3153   case Instruction::Shl: {
3154     // Can only handle X*C and X << C.
3155     ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(1));
3156     if (!RHS)
3157       return false;
3158     int64_t Scale = RHS->getSExtValue();
3159     if (Opcode == Instruction::Shl)
3160       Scale = 1LL << Scale;
3161
3162     return matchScaledValue(AddrInst->getOperand(0), Scale, Depth);
3163   }
3164   case Instruction::GetElementPtr: {
3165     // Scan the GEP.  We check it if it contains constant offsets and at most
3166     // one variable offset.
3167     int VariableOperand = -1;
3168     unsigned VariableScale = 0;
3169
3170     int64_t ConstantOffset = 0;
3171     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(AddrInst);
3172     for (unsigned i = 1, e = AddrInst->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
3173       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
3174         const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
3175         unsigned Idx =
3176           cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))->getZExtValue();
3177         ConstantOffset += SL->getElementOffset(Idx);
3178       } else {
3179         uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
3180         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AddrInst->getOperand(i))) {
3181           ConstantOffset += CI->getSExtValue()*TypeSize;
3182         } else if (TypeSize) {  // Scales of zero don't do anything.
3183           // We only allow one variable index at the moment.
3184           if (VariableOperand != -1)
3185             return false;
3186
3187           // Remember the variable index.
3188           VariableOperand = i;
3189           VariableScale = TypeSize;
3190         }
3191       }
3192     }
3193
3194     // A common case is for the GEP to only do a constant offset.  In this case,
3195     // just add it to the disp field and check validity.
3196     if (VariableOperand == -1) {
3197       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3198       if (ConstantOffset == 0 ||
3199           TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace)) {
3200         // Check to see if we can fold the base pointer in too.
3201         if (matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1))
3202           return true;
3203       }
3204       AddrMode.BaseOffs -= ConstantOffset;
3205       return false;
3206     }
3207
3208     // Save the valid addressing mode in case we can't match.
3209     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3210     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3211
3212     // See if the scale and offset amount is valid for this target.
3213     AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3214
3215     // Match the base operand of the GEP.
3216     if (!matchAddr(AddrInst->getOperand(0), Depth+1)) {
3217       // If it couldn't be matched, just stuff the value in a register.
3218       if (AddrMode.HasBaseReg) {
3219         AddrMode = BackupAddrMode;
3220         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3221         return false;
3222       }
3223       AddrMode.HasBaseReg = true;
3224       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3225     }
3226
3227     // Match the remaining variable portion of the GEP.
3228     if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand), VariableScale,
3229                           Depth)) {
3230       // If it couldn't be matched, try stuffing the base into a register
3231       // instead of matching it, and retrying the match of the scale.
3232       AddrMode = BackupAddrMode;
3233       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3234       if (AddrMode.HasBaseReg)
3235         return false;
3236       AddrMode.HasBaseReg = true;
3237       AddrMode.BaseReg = AddrInst->getOperand(0);
3238       AddrMode.BaseOffs += ConstantOffset;
3239       if (!matchScaledValue(AddrInst->getOperand(VariableOperand),
3240                             VariableScale, Depth)) {
3241         // If even that didn't work, bail.
3242         AddrMode = BackupAddrMode;
3243         AddrModeInsts.resize(OldSize);
3244         return false;
3245       }
3246     }
3247
3248     return true;
3249   }
3250   case Instruction::SExt:
3251   case Instruction::ZExt: {
3252     Instruction *Ext = dyn_cast<Instruction>(AddrInst);
3253     if (!Ext)
3254       return false;
3255
3256     // Try to move this ext out of the way of the addressing mode.
3257     // Ask for a method for doing so.
3258     TypePromotionHelper::Action TPH =
3259         TypePromotionHelper::getAction(Ext, InsertedInsts, TLI, PromotedInsts);
3260     if (!TPH)
3261       return false;
3262
3263     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3264         TPT.getRestorationPoint();
3265     unsigned CreatedInstsCost = 0;
3266     unsigned ExtCost = !TLI.isExtFree(Ext);
3267     Value *PromotedOperand =
3268         TPH(Ext, TPT, PromotedInsts, CreatedInstsCost, nullptr, nullptr, TLI);
3269     // SExt has been moved away.
3270     // Thus either it will be rematched later in the recursive calls or it is
3271     // gone. Anyway, we must not fold it into the addressing mode at this point.
3272     // E.g.,
3273     // op = add opnd, 1
3274     // idx = ext op
3275     // addr = gep base, idx
3276     // is now:
3277     // promotedOpnd = ext opnd            <- no match here
3278     // op = promoted_add promotedOpnd, 1  <- match (later in recursive calls)
3279     // addr = gep base, op                <- match
3280     if (MovedAway)
3281       *MovedAway = true;
3282
3283     assert(PromotedOperand &&
3284            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
3285
3286     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3287     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3288
3289     if (!matchAddr(PromotedOperand, Depth) ||
3290         // The total of the new cost is equal to the cost of the created
3291         // instructions.
3292         // The total of the old cost is equal to the cost of the extension plus
3293         // what we have saved in the addressing mode.
3294         !isPromotionProfitable(CreatedInstsCost,
3295                                ExtCost + (AddrModeInsts.size() - OldSize),
3296                                PromotedOperand)) {
3297       AddrMode = BackupAddrMode;
3298       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3299       DEBUG(dbgs() << "Sign extension does not pay off: rollback\n");
3300       TPT.rollback(LastKnownGood);
3301       return false;
3302     }
3303     return true;
3304   }
3305   }
3306   return false;
3307 }
3308
3309 /// If we can, try to add the value of 'Addr' into the current addressing mode.
3310 /// If Addr can't be added to AddrMode this returns false and leaves AddrMode
3311 /// unmodified. This assumes that Addr is either a pointer type or intptr_t
3312 /// for the target.
3313 ///
3314 bool AddressingModeMatcher::matchAddr(Value *Addr, unsigned Depth) {
3315   // Start a transaction at this point that we will rollback if the matching
3316   // fails.
3317   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3318       TPT.getRestorationPoint();
3319   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Addr)) {
3320     // Fold in immediates if legal for the target.
3321     AddrMode.BaseOffs += CI->getSExtValue();
3322     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3323       return true;
3324     AddrMode.BaseOffs -= CI->getSExtValue();
3325   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(Addr)) {
3326     // If this is a global variable, try to fold it into the addressing mode.
3327     if (!AddrMode.BaseGV) {
3328       AddrMode.BaseGV = GV;
3329       if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3330         return true;
3331       AddrMode.BaseGV = nullptr;
3332     }
3333   } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Addr)) {
3334     ExtAddrMode BackupAddrMode = AddrMode;
3335     unsigned OldSize = AddrModeInsts.size();
3336
3337     // Check to see if it is possible to fold this operation.
3338     bool MovedAway = false;
3339     if (matchOperationAddr(I, I->getOpcode(), Depth, &MovedAway)) {
3340       // This instruction may have been moved away. If so, there is nothing
3341       // to check here.
3342       if (MovedAway)
3343         return true;
3344       // Okay, it's possible to fold this.  Check to see if it is actually
3345       // *profitable* to do so.  We use a simple cost model to avoid increasing
3346       // register pressure too much.
3347       if (I->hasOneUse() ||
3348           isProfitableToFoldIntoAddressingMode(I, BackupAddrMode, AddrMode)) {
3349         AddrModeInsts.push_back(I);
3350         return true;
3351       }
3352
3353       // It isn't profitable to do this, roll back.
3354       //cerr << "NOT FOLDING: " << *I;
3355       AddrMode = BackupAddrMode;
3356       AddrModeInsts.resize(OldSize);
3357       TPT.rollback(LastKnownGood);
3358     }
3359   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr)) {
3360     if (matchOperationAddr(CE, CE->getOpcode(), Depth))
3361       return true;
3362     TPT.rollback(LastKnownGood);
3363   } else if (isa<ConstantPointerNull>(Addr)) {
3364     // Null pointer gets folded without affecting the addressing mode.
3365     return true;
3366   }
3367
3368   // Worse case, the target should support [reg] addressing modes. :)
3369   if (!AddrMode.HasBaseReg) {
3370     AddrMode.HasBaseReg = true;
3371     AddrMode.BaseReg = Addr;
3372     // Still check for legality in case the target supports [imm] but not [i+r].
3373     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3374       return true;
3375     AddrMode.HasBaseReg = false;
3376     AddrMode.BaseReg = nullptr;
3377   }
3378
3379   // If the base register is already taken, see if we can do [r+r].
3380   if (AddrMode.Scale == 0) {
3381     AddrMode.Scale = 1;
3382     AddrMode.ScaledReg = Addr;
3383     if (TLI.isLegalAddressingMode(DL, AddrMode, AccessTy, AddrSpace))
3384       return true;
3385     AddrMode.Scale = 0;
3386     AddrMode.ScaledReg = nullptr;
3387   }
3388   // Couldn't match.
3389   TPT.rollback(LastKnownGood);
3390   return false;
3391 }
3392
3393 /// Check to see if all uses of OpVal by the specified inline asm call are due
3394 /// to memory operands. If so, return true, otherwise return false.
3395 static bool IsOperandAMemoryOperand(CallInst *CI, InlineAsm *IA, Value *OpVal,
3396                                     const TargetMachine &TM) {
3397   const Function *F = CI->getParent()->getParent();
3398   const TargetLowering *TLI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getTargetLowering();
3399   const TargetRegisterInfo *TRI = TM.getSubtargetImpl(*F)->getRegisterInfo();
3400   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
3401       TLI->ParseConstraints(F->getParent()->getDataLayout(), TRI,
3402                             ImmutableCallSite(CI));
3403   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3404     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3405
3406     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3407     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3408
3409     // If this asm operand is our Value*, and if it isn't an indirect memory
3410     // operand, we can't fold it!
3411     if (OpInfo.CallOperandVal == OpVal &&
3412         (OpInfo.ConstraintType != TargetLowering::C_Memory ||
3413          !OpInfo.isIndirect))
3414       return false;
3415   }
3416
3417   return true;
3418 }
3419
3420 /// Recursively walk all the uses of I until we find a memory use.
3421 /// If we find an obviously non-foldable instruction, return true.
3422 /// Add the ultimately found memory instructions to MemoryUses.
3423 static bool FindAllMemoryUses(
3424     Instruction *I,
3425     SmallVectorImpl<std::pair<Instruction *, unsigned>> &MemoryUses,
3426     SmallPtrSetImpl<Instruction *> &ConsideredInsts, const TargetMachine &TM) {
3427   // If we already considered this instruction, we're done.
3428   if (!ConsideredInsts.insert(I).second)
3429     return false;
3430
3431   // If this is an obviously unfoldable instruction, bail out.
3432   if (!MightBeFoldableInst(I))
3433     return true;
3434
3435   // Loop over all the uses, recursively processing them.
3436   for (Use &U : I->uses()) {
3437     Instruction *UserI = cast<Instruction>(U.getUser());
3438
3439     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(UserI)) {
3440       MemoryUses.push_back(std::make_pair(LI, U.getOperandNo()));
3441       continue;
3442     }
3443
3444     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UserI)) {
3445       unsigned opNo = U.getOperandNo();
3446       if (opNo == 0) return true; // Storing addr, not into addr.
3447       MemoryUses.push_back(std::make_pair(SI, opNo));
3448       continue;
3449     }
3450
3451     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(UserI)) {
3452       InlineAsm *IA = dyn_cast<InlineAsm>(CI->getCalledValue());
3453       if (!IA) return true;
3454
3455       // If this is a memory operand, we're cool, otherwise bail out.
3456       if (!IsOperandAMemoryOperand(CI, IA, I, TM))
3457         return true;
3458       continue;
3459     }
3460
3461     if (FindAllMemoryUses(UserI, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3462       return true;
3463   }
3464
3465   return false;
3466 }
3467
3468 /// Return true if Val is already known to be live at the use site that we're
3469 /// folding it into. If so, there is no cost to include it in the addressing
3470 /// mode. KnownLive1 and KnownLive2 are two values that we know are live at the
3471 /// instruction already.
3472 bool AddressingModeMatcher::valueAlreadyLiveAtInst(Value *Val,Value *KnownLive1,
3473                                                    Value *KnownLive2) {
3474   // If Val is either of the known-live values, we know it is live!
3475   if (Val == nullptr || Val == KnownLive1 || Val == KnownLive2)
3476     return true;
3477
3478   // All values other than instructions and arguments (e.g. constants) are live.
3479   if (!isa<Instruction>(Val) && !isa<Argument>(Val)) return true;
3480
3481   // If Val is a constant sized alloca in the entry block, it is live, this is
3482   // true because it is just a reference to the stack/frame pointer, which is
3483   // live for the whole function.
3484   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Val))
3485     if (AI->isStaticAlloca())
3486       return true;
3487
3488   // Check to see if this value is already used in the memory instruction's
3489   // block.  If so, it's already live into the block at the very least, so we
3490   // can reasonably fold it.
3491   return Val->isUsedInBasicBlock(MemoryInst->getParent());
3492 }
3493
3494 /// It is possible for the addressing mode of the machine to fold the specified
3495 /// instruction into a load or store that ultimately uses it.
3496 /// However, the specified instruction has multiple uses.
3497 /// Given this, it may actually increase register pressure to fold it
3498 /// into the load. For example, consider this code:
3499 ///
3500 ///     X = ...
3501 ///     Y = X+1
3502 ///     use(Y)   -> nonload/store
3503 ///     Z = Y+1
3504 ///     load Z
3505 ///
3506 /// In this case, Y has multiple uses, and can be folded into the load of Z
3507 /// (yielding load [X+2]).  However, doing this will cause both "X" and "X+1" to
3508 /// be live at the use(Y) line.  If we don't fold Y into load Z, we use one
3509 /// fewer register.  Since Y can't be folded into "use(Y)" we don't increase the
3510 /// number of computations either.
3511 ///
3512 /// Note that this (like most of CodeGenPrepare) is just a rough heuristic.  If
3513 /// X was live across 'load Z' for other reasons, we actually *would* want to
3514 /// fold the addressing mode in the Z case.  This would make Y die earlier.
3515 bool AddressingModeMatcher::
3516 isProfitableToFoldIntoAddressingMode(Instruction *I, ExtAddrMode &AMBefore,
3517                                      ExtAddrMode &AMAfter) {
3518   if (IgnoreProfitability) return true;
3519
3520   // AMBefore is the addressing mode before this instruction was folded into it,
3521   // and AMAfter is the addressing mode after the instruction was folded.  Get
3522   // the set of registers referenced by AMAfter and subtract out those
3523   // referenced by AMBefore: this is the set of values which folding in this
3524   // address extends the lifetime of.
3525   //
3526   // Note that there are only two potential values being referenced here,
3527   // BaseReg and ScaleReg (global addresses are always available, as are any
3528   // folded immediates).
3529   Value *BaseReg = AMAfter.BaseReg, *ScaledReg = AMAfter.ScaledReg;
3530
3531   // If the BaseReg or ScaledReg was referenced by the previous addrmode, their
3532   // lifetime wasn't extended by adding this instruction.
3533   if (valueAlreadyLiveAtInst(BaseReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3534     BaseReg = nullptr;
3535   if (valueAlreadyLiveAtInst(ScaledReg, AMBefore.BaseReg, AMBefore.ScaledReg))
3536     ScaledReg = nullptr;
3537
3538   // If folding this instruction (and it's subexprs) didn't extend any live
3539   // ranges, we're ok with it.
3540   if (!BaseReg && !ScaledReg)
3541     return true;
3542
3543   // If all uses of this instruction are ultimately load/store/inlineasm's,
3544   // check to see if their addressing modes will include this instruction.  If
3545   // so, we can fold it into all uses, so it doesn't matter if it has multiple
3546   // uses.
3547   SmallVector<std::pair<Instruction*,unsigned>, 16> MemoryUses;
3548   SmallPtrSet<Instruction*, 16> ConsideredInsts;
3549   if (FindAllMemoryUses(I, MemoryUses, ConsideredInsts, TM))
3550     return false;  // Has a non-memory, non-foldable use!
3551
3552   // Now that we know that all uses of this instruction are part of a chain of
3553   // computation involving only operations that could theoretically be folded
3554   // into a memory use, loop over each of these uses and see if they could
3555   // *actually* fold the instruction.
3556   SmallVector<Instruction*, 32> MatchedAddrModeInsts;
3557   for (unsigned i = 0, e = MemoryUses.size(); i != e; ++i) {
3558     Instruction *User = MemoryUses[i].first;
3559     unsigned OpNo = MemoryUses[i].second;
3560
3561     // Get the access type of this use.  If the use isn't a pointer, we don't
3562     // know what it accesses.
3563     Value *Address = User->getOperand(OpNo);
3564     PointerType *AddrTy = dyn_cast<PointerType>(Address->getType());
3565     if (!AddrTy)
3566       return false;
3567     Type *AddressAccessTy = AddrTy->getElementType();
3568     unsigned AS = AddrTy->getAddressSpace();
3569
3570     // Do a match against the root of this address, ignoring profitability. This
3571     // will tell us if the addressing mode for the memory operation will
3572     // *actually* cover the shared instruction.
3573     ExtAddrMode Result;
3574     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3575         TPT.getRestorationPoint();
3576     AddressingModeMatcher Matcher(MatchedAddrModeInsts, TM, AddressAccessTy, AS,
3577                                   MemoryInst, Result, InsertedInsts,
3578                                   PromotedInsts, TPT);
3579     Matcher.IgnoreProfitability = true;
3580     bool Success = Matcher.matchAddr(Address, 0);
3581     (void)Success; assert(Success && "Couldn't select *anything*?");
3582
3583     // The match was to check the profitability, the changes made are not
3584     // part of the original matcher. Therefore, they should be dropped
3585     // otherwise the original matcher will not present the right state.
3586     TPT.rollback(LastKnownGood);
3587
3588     // If the match didn't cover I, then it won't be shared by it.
3589     if (std::find(MatchedAddrModeInsts.begin(), MatchedAddrModeInsts.end(),
3590                   I) == MatchedAddrModeInsts.end())
3591       return false;
3592
3593     MatchedAddrModeInsts.clear();
3594   }
3595
3596   return true;
3597 }
3598
3599 } // end anonymous namespace
3600
3601 /// Return true if the specified values are defined in a
3602 /// different basic block than BB.
3603 static bool IsNonLocalValue(Value *V, BasicBlock *BB) {
3604   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
3605     return I->getParent() != BB;
3606   return false;
3607 }
3608
3609 /// Load and Store Instructions often have addressing modes that can do
3610 /// significant amounts of computation. As such, instruction selection will try
3611 /// to get the load or store to do as much computation as possible for the
3612 /// program. The problem is that isel can only see within a single block. As
3613 /// such, we sink as much legal addressing mode work into the block as possible.
3614 ///
3615 /// This method is used to optimize both load/store and inline asms with memory
3616 /// operands.
3617 bool CodeGenPrepare::optimizeMemoryInst(Instruction *MemoryInst, Value *Addr,
3618                                         Type *AccessTy, unsigned AddrSpace) {
3619   Value *Repl = Addr;
3620
3621   // Try to collapse single-value PHI nodes.  This is necessary to undo
3622   // unprofitable PRE transformations.
3623   SmallVector<Value*, 8> worklist;
3624   SmallPtrSet<Value*, 16> Visited;
3625   worklist.push_back(Addr);
3626
3627   // Use a worklist to iteratively look through PHI nodes, and ensure that
3628   // the addressing mode obtained from the non-PHI roots of the graph
3629   // are equivalent.
3630   Value *Consensus = nullptr;
3631   unsigned NumUsesConsensus = 0;
3632   bool IsNumUsesConsensusValid = false;
3633   SmallVector<Instruction*, 16> AddrModeInsts;
3634   ExtAddrMode AddrMode;
3635   TypePromotionTransaction TPT;
3636   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
3637       TPT.getRestorationPoint();
3638   while (!worklist.empty()) {
3639     Value *V = worklist.back();
3640     worklist.pop_back();
3641
3642     // Break use-def graph loops.
3643     if (!Visited.insert(V).second) {
3644       Consensus = nullptr;
3645       break;
3646     }
3647
3648     // For a PHI node, push all of its incoming values.
3649     if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(V)) {
3650       for (Value *IncValue : P->incoming_values())
3651         worklist.push_back(IncValue);
3652       continue;
3653     }
3654
3655     // For non-PHIs, determine the addressing mode being computed.
3656     SmallVector<Instruction*, 16> NewAddrModeInsts;
3657     ExtAddrMode NewAddrMode = AddressingModeMatcher::Match(
3658       V, AccessTy, AddrSpace, MemoryInst, NewAddrModeInsts, *TM,
3659       InsertedInsts, PromotedInsts, TPT);
3660
3661     // This check is broken into two cases with very similar code to avoid using
3662     // getNumUses() as much as possible. Some values have a lot of uses, so
3663     // calling getNumUses() unconditionally caused a significant compile-time
3664     // regression.
3665     if (!Consensus) {
3666       Consensus = V;
3667       AddrMode = NewAddrMode;
3668       AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3669       continue;
3670     } else if (NewAddrMode == AddrMode) {
3671       if (!IsNumUsesConsensusValid) {
3672         NumUsesConsensus = Consensus->getNumUses();
3673         IsNumUsesConsensusValid = true;
3674       }
3675
3676       // Ensure that the obtained addressing mode is equivalent to that obtained
3677       // for all other roots of the PHI traversal.  Also, when choosing one
3678       // such root as representative, select the one with the most uses in order
3679       // to keep the cost modeling heuristics in AddressingModeMatcher
3680       // applicable.
3681       unsigned NumUses = V->getNumUses();
3682       if (NumUses > NumUsesConsensus) {
3683         Consensus = V;
3684         NumUsesConsensus = NumUses;
3685         AddrModeInsts = NewAddrModeInsts;
3686       }
3687       continue;
3688     }
3689
3690     Consensus = nullptr;
3691     break;
3692   }
3693
3694   // If the addressing mode couldn't be determined, or if multiple different
3695   // ones were determined, bail out now.
3696   if (!Consensus) {
3697     TPT.rollback(LastKnownGood);
3698     return false;
3699   }
3700   TPT.commit();
3701
3702   // Check to see if any of the instructions supersumed by this addr mode are
3703   // non-local to I's BB.
3704   bool AnyNonLocal = false;
3705   for (unsigned i = 0, e = AddrModeInsts.size(); i != e; ++i) {
3706     if (IsNonLocalValue(AddrModeInsts[i], MemoryInst->getParent())) {
3707       AnyNonLocal = true;
3708       break;
3709     }
3710   }
3711
3712   // If all the instructions matched are already in this BB, don't do anything.
3713   if (!AnyNonLocal) {
3714     DEBUG(dbgs() << "CGP: Found      local addrmode: " << AddrMode << "\n");
3715     return false;
3716   }
3717
3718   // Insert this computation right after this user.  Since our caller is
3719   // scanning from the top of the BB to the bottom, reuse of the expr are
3720   // guaranteed to happen later.
3721   IRBuilder<> Builder(MemoryInst);
3722
3723   // Now that we determined the addressing expression we want to use and know
3724   // that we have to sink it into this block.  Check to see if we have already
3725   // done this for some other load/store instr in this block.  If so, reuse the
3726   // computation.
3727   Value *&SunkAddr = SunkAddrs[Addr];
3728   if (SunkAddr) {
3729     DEBUG(dbgs() << "CGP: Reusing nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3730                  << *MemoryInst << "\n");
3731     if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3732       SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3733   } else if (AddrSinkUsingGEPs ||
3734              (!AddrSinkUsingGEPs.getNumOccurrences() && TM &&
3735               TM->getSubtargetImpl(*MemoryInst->getParent()->getParent())
3736                   ->useAA())) {
3737     // By default, we use the GEP-based method when AA is used later. This
3738     // prevents new inttoptr/ptrtoint pairs from degrading AA capabilities.
3739     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3740                  << *MemoryInst << "\n");
3741     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
3742     Value *ResultPtr = nullptr, *ResultIndex = nullptr;
3743
3744     // First, find the pointer.
3745     if (AddrMode.BaseReg && AddrMode.BaseReg->getType()->isPointerTy()) {
3746       ResultPtr = AddrMode.BaseReg;
3747       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3748     }
3749
3750     if (AddrMode.Scale && AddrMode.ScaledReg->getType()->isPointerTy()) {
3751       // We can't add more than one pointer together, nor can we scale a
3752       // pointer (both of which seem meaningless).
3753       if (ResultPtr || AddrMode.Scale != 1)
3754         return false;
3755
3756       ResultPtr = AddrMode.ScaledReg;
3757       AddrMode.Scale = 0;
3758     }
3759
3760     if (AddrMode.BaseGV) {
3761       if (ResultPtr)
3762         return false;
3763
3764       ResultPtr = AddrMode.BaseGV;
3765     }
3766
3767     // If the real base value actually came from an inttoptr, then the matcher
3768     // will look through it and provide only the integer value. In that case,
3769     // use it here.
3770     if (!ResultPtr && AddrMode.BaseReg) {
3771       ResultPtr =
3772         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.BaseReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3773       AddrMode.BaseReg = nullptr;
3774     } else if (!ResultPtr && AddrMode.Scale == 1) {
3775       ResultPtr =
3776         Builder.CreateIntToPtr(AddrMode.ScaledReg, Addr->getType(), "sunkaddr");
3777       AddrMode.Scale = 0;
3778     }
3779
3780     if (!ResultPtr &&
3781         !AddrMode.BaseReg && !AddrMode.Scale && !AddrMode.BaseOffs) {
3782       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3783     } else if (!ResultPtr) {
3784       return false;
3785     } else {
3786       Type *I8PtrTy =
3787           Builder.getInt8PtrTy(Addr->getType()->getPointerAddressSpace());
3788       Type *I8Ty = Builder.getInt8Ty();
3789
3790       // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3791       // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3792       // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3793       // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3794       // we'd end up sinking both muls.
3795       if (AddrMode.BaseReg) {
3796         Value *V = AddrMode.BaseReg;
3797         if (V->getType() != IntPtrTy)
3798           V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3799
3800         ResultIndex = V;
3801       }
3802
3803       // Add the scale value.
3804       if (AddrMode.Scale) {
3805         Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3806         if (V->getType() == IntPtrTy) {
3807           // done.
3808         } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3809                    cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3810           V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3811         } else {
3812           // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3813           // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3814           // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3815           // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3816           // do not match instead of extending it.
3817           Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(ResultIndex);
3818           if (I && (ResultIndex != AddrMode.BaseReg))
3819             I->eraseFromParent();
3820           return false;
3821         }
3822
3823         if (AddrMode.Scale != 1)
3824           V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3825                                 "sunkaddr");
3826         if (ResultIndex)
3827           ResultIndex = Builder.CreateAdd(ResultIndex, V, "sunkaddr");
3828         else
3829           ResultIndex = V;
3830       }
3831
3832       // Add in the Base Offset if present.
3833       if (AddrMode.BaseOffs) {
3834         Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3835         if (ResultIndex) {
3836           // We need to add this separately from the scale above to help with
3837           // SDAG consecutive load/store merging.
3838           if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3839             ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3840           ResultPtr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3841         }
3842
3843         ResultIndex = V;
3844       }
3845
3846       if (!ResultIndex) {
3847         SunkAddr = ResultPtr;
3848       } else {
3849         if (ResultPtr->getType() != I8PtrTy)
3850           ResultPtr = Builder.CreateBitCast(ResultPtr, I8PtrTy);
3851         SunkAddr = Builder.CreateGEP(I8Ty, ResultPtr, ResultIndex, "sunkaddr");
3852       }
3853
3854       if (SunkAddr->getType() != Addr->getType())
3855         SunkAddr = Builder.CreateBitCast(SunkAddr, Addr->getType());
3856     }
3857   } else {
3858     DEBUG(dbgs() << "CGP: SINKING nonlocal addrmode: " << AddrMode << " for "
3859                  << *MemoryInst << "\n");
3860     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(Addr->getType());
3861     Value *Result = nullptr;
3862
3863     // Start with the base register. Do this first so that subsequent address
3864     // matching finds it last, which will prevent it from trying to match it
3865     // as the scaled value in case it happens to be a mul. That would be
3866     // problematic if we've sunk a different mul for the scale, because then
3867     // we'd end up sinking both muls.
3868     if (AddrMode.BaseReg) {
3869       Value *V = AddrMode.BaseReg;
3870       if (V->getType()->isPointerTy())
3871         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3872       if (V->getType() != IntPtrTy)
3873         V = Builder.CreateIntCast(V, IntPtrTy, /*isSigned=*/true, "sunkaddr");
3874       Result = V;
3875     }
3876
3877     // Add the scale value.
3878     if (AddrMode.Scale) {
3879       Value *V = AddrMode.ScaledReg;
3880       if (V->getType() == IntPtrTy) {
3881         // done.
3882       } else if (V->getType()->isPointerTy()) {
3883         V = Builder.CreatePtrToInt(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3884       } else if (cast<IntegerType>(IntPtrTy)->getBitWidth() <
3885                  cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth()) {
3886         V = Builder.CreateTrunc(V, IntPtrTy, "sunkaddr");
3887       } else {
3888         // It is only safe to sign extend the BaseReg if we know that the math
3889         // required to create it did not overflow before we extend it. Since
3890         // the original IR value was tossed in favor of a constant back when
3891         // the AddrMode was created we need to bail out gracefully if widths
3892         // do not match instead of extending it.
3893         Instruction *I = dyn_cast_or_null<Instruction>(Result);
3894         if (I && (Result != AddrMode.BaseReg))
3895           I->eraseFromParent();
3896         return false;
3897       }
3898       if (AddrMode.Scale != 1)
3899         V = Builder.CreateMul(V, ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.Scale),
3900                               "sunkaddr");
3901       if (Result)
3902         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3903       else
3904         Result = V;
3905     }
3906
3907     // Add in the BaseGV if present.
3908     if (AddrMode.BaseGV) {
3909       Value *V = Builder.CreatePtrToInt(AddrMode.BaseGV, IntPtrTy, "sunkaddr");
3910       if (Result)
3911         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3912       else
3913         Result = V;
3914     }
3915
3916     // Add in the Base Offset if present.
3917     if (AddrMode.BaseOffs) {
3918       Value *V = ConstantInt::get(IntPtrTy, AddrMode.BaseOffs);
3919       if (Result)
3920         Result = Builder.CreateAdd(Result, V, "sunkaddr");
3921       else
3922         Result = V;
3923     }
3924
3925     if (!Result)
3926       SunkAddr = Constant::getNullValue(Addr->getType());
3927     else
3928       SunkAddr = Builder.CreateIntToPtr(Result, Addr->getType(), "sunkaddr");
3929   }
3930
3931   MemoryInst->replaceUsesOfWith(Repl, SunkAddr);
3932
3933   // If we have no uses, recursively delete the value and all dead instructions
3934   // using it.
3935   if (Repl->use_empty()) {
3936     // This can cause recursive deletion, which can invalidate our iterator.
3937     // Use a WeakVH to hold onto it in case this happens.
3938     WeakVH IterHandle(&*CurInstIterator);
3939     BasicBlock *BB = CurInstIterator->getParent();
3940
3941     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Repl, TLInfo);
3942
3943     if (IterHandle != CurInstIterator.getNodePtrUnchecked()) {
3944       // If the iterator instruction was recursively deleted, start over at the
3945       // start of the block.
3946       CurInstIterator = BB->begin();
3947       SunkAddrs.clear();
3948     }
3949   }
3950   ++NumMemoryInsts;
3951   return true;
3952 }
3953
3954 /// If there are any memory operands, use OptimizeMemoryInst to sink their
3955 /// address computing into the block when possible / profitable.
3956 bool CodeGenPrepare::optimizeInlineAsmInst(CallInst *CS) {
3957   bool MadeChange = false;
3958
3959   const TargetRegisterInfo *TRI =
3960       TM->getSubtargetImpl(*CS->getParent()->getParent())->getRegisterInfo();
3961   TargetLowering::AsmOperandInfoVector TargetConstraints =
3962       TLI->ParseConstraints(*DL, TRI, CS);
3963   unsigned ArgNo = 0;
3964   for (unsigned i = 0, e = TargetConstraints.size(); i != e; ++i) {
3965     TargetLowering::AsmOperandInfo &OpInfo = TargetConstraints[i];
3966
3967     // Compute the constraint code and ConstraintType to use.
3968     TLI->ComputeConstraintToUse(OpInfo, SDValue());
3969
3970     if (OpInfo.ConstraintType == TargetLowering::C_Memory &&
3971         OpInfo.isIndirect) {
3972       Value *OpVal = CS->getArgOperand(ArgNo++);
3973       MadeChange |= optimizeMemoryInst(CS, OpVal, OpVal->getType(), ~0u);
3974     } else if (OpInfo.Type == InlineAsm::isInput)
3975       ArgNo++;
3976   }
3977
3978   return MadeChange;
3979 }
3980
3981 /// \brief Check if all the uses of \p Inst are equivalent (or free) zero or
3982 /// sign extensions.
3983 static bool hasSameExtUse(Instruction *Inst, const TargetLowering &TLI) {
3984   assert(!Inst->use_empty() && "Input must have at least one use");
3985   const Instruction *FirstUser = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
3986   bool IsSExt = isa<SExtInst>(FirstUser);
3987   Type *ExtTy = FirstUser->getType();
3988   for (const User *U : Inst->users()) {
3989     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
3990     if ((IsSExt && !isa<SExtInst>(UI)) || (!IsSExt && !isa<ZExtInst>(UI)))
3991       return false;
3992     Type *CurTy = UI->getType();
3993     // Same input and output types: Same instruction after CSE.
3994     if (CurTy == ExtTy)
3995       continue;
3996
3997     // If IsSExt is true, we are in this situation:
3998     // a = Inst
3999     // b = sext ty1 a to ty2
4000     // c = sext ty1 a to ty3
4001     // Assuming ty2 is shorter than ty3, this could be turned into:
4002     // a = Inst
4003     // b = sext ty1 a to ty2
4004     // c = sext ty2 b to ty3
4005     // However, the last sext is not free.
4006     if (IsSExt)
4007       return false;
4008
4009     // This is a ZExt, maybe this is free to extend from one type to another.
4010     // In that case, we would not account for a different use.
4011     Type *NarrowTy;
4012     Type *LargeTy;
4013     if (ExtTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth() >
4014         CurTy->getScalarType()->getIntegerBitWidth()) {
4015       NarrowTy = CurTy;
4016       LargeTy = ExtTy;
4017     } else {
4018       NarrowTy = ExtTy;
4019       LargeTy = CurTy;
4020     }
4021
4022     if (!TLI.isZExtFree(NarrowTy, LargeTy))
4023       return false;
4024   }
4025   // All uses are the same or can be derived from one another for free.
4026   return true;
4027 }
4028
4029 /// \brief Try to form ExtLd by promoting \p Exts until they reach a
4030 /// load instruction.
4031 /// If an ext(load) can be formed, it is returned via \p LI for the load
4032 /// and \p Inst for the extension.
4033 /// Otherwise LI == nullptr and Inst == nullptr.
4034 /// When some promotion happened, \p TPT contains the proper state to
4035 /// revert them.
4036 ///
4037 /// \return true when promoting was necessary to expose the ext(load)
4038 /// opportunity, false otherwise.
4039 ///
4040 /// Example:
4041 /// \code
4042 /// %ld = load i32* %addr
4043 /// %add = add nuw i32 %ld, 4
4044 /// %zext = zext i32 %add to i64
4045 /// \endcode
4046 /// =>
4047 /// \code
4048 /// %ld = load i32* %addr
4049 /// %zext = zext i32 %ld to i64
4050 /// %add = add nuw i64 %zext, 4
4051 /// \encode
4052 /// Thanks to the promotion, we can match zext(load i32*) to i64.
4053 bool CodeGenPrepare::extLdPromotion(TypePromotionTransaction &TPT,
4054                                     LoadInst *&LI, Instruction *&Inst,
4055                                     const SmallVectorImpl<Instruction *> &Exts,
4056                                     unsigned CreatedInstsCost = 0) {
4057   // Iterate over all the extensions to see if one form an ext(load).
4058   for (auto I : Exts) {
4059     // Check if we directly have ext(load).
4060     if ((LI = dyn_cast<LoadInst>(I->getOperand(0)))) {
4061       Inst = I;
4062       // No promotion happened here.
4063       return false;
4064     }
4065     // Check whether or not we want to do any promotion.
4066     if (!TLI || !TLI->enableExtLdPromotion() || DisableExtLdPromotion)
4067       continue;
4068     // Get the action to perform the promotion.
4069     TypePromotionHelper::Action TPH = TypePromotionHelper::getAction(
4070         I, InsertedInsts, *TLI, PromotedInsts);
4071     // Check if we can promote.
4072     if (!TPH)
4073       continue;
4074     // Save the current state.
4075     TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4076         TPT.getRestorationPoint();
4077     SmallVector<Instruction *, 4> NewExts;
4078     unsigned NewCreatedInstsCost = 0;
4079     unsigned ExtCost = !TLI->isExtFree(I);
4080     // Promote.
4081     Value *PromotedVal = TPH(I, TPT, PromotedInsts, NewCreatedInstsCost,
4082                              &NewExts, nullptr, *TLI);
4083     assert(PromotedVal &&
4084            "TypePromotionHelper should have filtered out those cases");
4085
4086     // We would be able to merge only one extension in a load.
4087     // Therefore, if we have more than 1 new extension we heuristically
4088     // cut this search path, because it means we degrade the code quality.
4089     // With exactly 2, the transformation is neutral, because we will merge
4090     // one extension but leave one. However, we optimistically keep going,
4091     // because the new extension may be removed too.
4092     long long TotalCreatedInstsCost = CreatedInstsCost + NewCreatedInstsCost;
4093     TotalCreatedInstsCost -= ExtCost;
4094     if (!StressExtLdPromotion &&
4095         (TotalCreatedInstsCost > 1 ||
4096          !isPromotedInstructionLegal(*TLI, *DL, PromotedVal))) {
4097       // The promotion is not profitable, rollback to the previous state.
4098       TPT.rollback(LastKnownGood);
4099       continue;
4100     }
4101     // The promotion is profitable.
4102     // Check if it exposes an ext(load).
4103     (void)extLdPromotion(TPT, LI, Inst, NewExts, TotalCreatedInstsCost);
4104     if (LI && (StressExtLdPromotion || NewCreatedInstsCost <= ExtCost ||
4105                // If we have created a new extension, i.e., now we have two
4106                // extensions. We must make sure one of them is merged with
4107                // the load, otherwise we may degrade the code quality.
4108                (LI->hasOneUse() || hasSameExtUse(LI, *TLI))))
4109       // Promotion happened.
4110       return true;
4111     // If this does not help to expose an ext(load) then, rollback.
4112     TPT.rollback(LastKnownGood);
4113   }
4114   // None of the extension can form an ext(load).
4115   LI = nullptr;
4116   Inst = nullptr;
4117   return false;
4118 }
4119
4120 /// Move a zext or sext fed by a load into the same basic block as the load,
4121 /// unless conditions are unfavorable. This allows SelectionDAG to fold the
4122 /// extend into the load.
4123 /// \p I[in/out] the extension may be modified during the process if some
4124 /// promotions apply.
4125 ///
4126 bool CodeGenPrepare::moveExtToFormExtLoad(Instruction *&I) {
4127   // Try to promote a chain of computation if it allows to form
4128   // an extended load.
4129   TypePromotionTransaction TPT;
4130   TypePromotionTransaction::ConstRestorationPt LastKnownGood =
4131     TPT.getRestorationPoint();
4132   SmallVector<Instruction *, 1> Exts;
4133   Exts.push_back(I);
4134   // Look for a load being extended.
4135   LoadInst *LI = nullptr;
4136   Instruction *OldExt = I;
4137   bool HasPromoted = extLdPromotion(TPT, LI, I, Exts);
4138   if (!LI || !I) {
4139     assert(!HasPromoted && !LI && "If we did not match any load instruction "
4140                                   "the code must remain the same");
4141     I = OldExt;
4142     return false;
4143   }
4144
4145   // If they're already in the same block, there's nothing to do.
4146   // Make the cheap checks first if we did not promote.
4147   // If we promoted, we need to check if it is indeed profitable.
4148   if (!HasPromoted && LI->getParent() == I->getParent())
4149     return false;
4150
4151   EVT VT = TLI->getValueType(*DL, I->getType());
4152   EVT LoadVT = TLI->getValueType(*DL, LI->getType());
4153
4154   // If the load has other users and the truncate is not free, this probably
4155   // isn't worthwhile.
4156   if (!LI->hasOneUse() && TLI &&
4157       (TLI->isTypeLegal(LoadVT) || !TLI->isTypeLegal(VT)) &&
4158       !TLI->isTruncateFree(I->getType(), LI->getType())) {
4159     I = OldExt;
4160     TPT.rollback(LastKnownGood);
4161     return false;
4162   }
4163
4164   // Check whether the target supports casts folded into loads.
4165   unsigned LType;
4166   if (isa<ZExtInst>(I))
4167     LType = ISD::ZEXTLOAD;
4168   else {
4169     assert(isa<SExtInst>(I) && "Unexpected ext type!");
4170     LType = ISD::SEXTLOAD;
4171   }
4172   if (TLI && !TLI->isLoadExtLegal(LType, VT, LoadVT)) {
4173     I = OldExt;
4174     TPT.rollback(LastKnownGood);
4175     return false;
4176   }
4177
4178   // Move the extend into the same block as the load, so that SelectionDAG
4179   // can fold it.
4180   TPT.commit();
4181   I->removeFromParent();
4182   I->insertAfter(LI);
4183   ++NumExtsMoved;
4184   return true;
4185 }
4186
4187 bool CodeGenPrepare::optimizeExtUses(Instruction *I) {
4188   BasicBlock *DefBB = I->getParent();
4189
4190   // If the result of a {s|z}ext and its source are both live out, rewrite all
4191   // other uses of the source with result of extension.
4192   Value *Src = I->getOperand(0);
4193   if (Src->hasOneUse())
4194     return false;
4195
4196   // Only do this xform if truncating is free.
4197   if (TLI && !TLI->isTruncateFree(I->getType(), Src->getType()))
4198     return false;
4199
4200   // Only safe to perform the optimization if the source is also defined in
4201   // this block.
4202   if (!isa<Instruction>(Src) || DefBB != cast<Instruction>(Src)->getParent())
4203     return false;
4204
4205   bool DefIsLiveOut = false;
4206   for (User *U : I->users()) {
4207     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4208
4209     // Figure out which BB this ext is used in.
4210     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
4211     if (UserBB == DefBB) continue;
4212     DefIsLiveOut = true;
4213     break;
4214   }
4215   if (!DefIsLiveOut)
4216     return false;
4217
4218   // Make sure none of the uses are PHI nodes.
4219   for (User *U : Src->users()) {
4220     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4221     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
4222     if (UserBB == DefBB) continue;
4223     // Be conservative. We don't want this xform to end up introducing
4224     // reloads just before load / store instructions.
4225     if (isa<PHINode>(UI) || isa<LoadInst>(UI) || isa<StoreInst>(UI))
4226       return false;
4227   }
4228
4229   // InsertedTruncs - Only insert one trunc in each block once.
4230   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedTruncs;
4231
4232   bool MadeChange = false;
4233   for (Use &U : Src->uses()) {
4234     Instruction *User = cast<Instruction>(U.getUser());
4235
4236     // Figure out which BB this ext is used in.
4237     BasicBlock *UserBB = User->getParent();
4238     if (UserBB == DefBB) continue;
4239
4240     // Both src and def are live in this block. Rewrite the use.
4241     Instruction *&InsertedTrunc = InsertedTruncs[UserBB];
4242
4243     if (!InsertedTrunc) {
4244       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
4245       assert(InsertPt != UserBB->end());
4246       InsertedTrunc = new TruncInst(I, Src->getType(), "", &*InsertPt);
4247       InsertedInsts.insert(InsertedTrunc);
4248     }
4249
4250     // Replace a use of the {s|z}ext source with a use of the result.
4251     U = InsertedTrunc;
4252     ++NumExtUses;
4253     MadeChange = true;
4254   }
4255
4256   return MadeChange;
4257 }
4258
4259 /// Check if V (an operand of a select instruction) is an expensive instruction
4260 /// that is only used once.
4261 static bool sinkSelectOperand(const TargetTransformInfo *TTI, Value *V) {
4262   auto *I = dyn_cast<Instruction>(V);
4263   // If it's safe to speculatively execute, then it should not have side
4264   // effects; therefore, it's safe to sink and possibly *not* execute.
4265   return I && I->hasOneUse() && isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
4266          TTI->getUserCost(I) >= TargetTransformInfo::TCC_Expensive;
4267 }
4268
4269 /// Returns true if a SelectInst should be turned into an explicit branch.
4270 static bool isFormingBranchFromSelectProfitable(const TargetTransformInfo *TTI,
4271                                                 SelectInst *SI) {
4272   // FIXME: This should use the same heuristics as IfConversion to determine
4273   // whether a select is better represented as a branch.  This requires that
4274   // branch probability metadata is preserved for the select, which is not the
4275   // case currently.
4276
4277   CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition());
4278
4279   // If a branch is predictable, an out-of-order CPU can avoid blocking on its
4280   // comparison condition. If the compare has more than one use, there's
4281   // probably another cmov or setcc around, so it's not worth emitting a branch.
4282   if (!Cmp || !Cmp->hasOneUse())
4283     return false;
4284
4285   Value *CmpOp0 = Cmp->getOperand(0);
4286   Value *CmpOp1 = Cmp->getOperand(1);
4287
4288   // Emit "cmov on compare with a memory operand" as a branch to avoid stalls
4289   // on a load from memory. But if the load is used more than once, do not
4290   // change the select to a branch because the load is probably needed
4291   // regardless of whether the branch is taken or not.
4292   if ((isa<LoadInst>(CmpOp0) && CmpOp0->hasOneUse()) ||
4293       (isa<LoadInst>(CmpOp1) && CmpOp1->hasOneUse()))
4294     return true;
4295
4296   // If either operand of the select is expensive and only needed on one side
4297   // of the select, we should form a branch.
4298   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue()) ||
4299       sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue()))
4300     return true;
4301
4302   return false;
4303 }
4304
4305
4306 /// If we have a SelectInst that will likely profit from branch prediction,
4307 /// turn it into a branch.
4308 bool CodeGenPrepare::optimizeSelectInst(SelectInst *SI) {
4309   bool VectorCond = !SI->getCondition()->getType()->isIntegerTy(1);
4310
4311   // Can we convert the 'select' to CF ?
4312   if (DisableSelectToBranch || OptSize || !TLI || VectorCond)
4313     return false;
4314
4315   TargetLowering::SelectSupportKind SelectKind;
4316   if (VectorCond)
4317     SelectKind = TargetLowering::VectorMaskSelect;
4318   else if (SI->getType()->isVectorTy())
4319     SelectKind = TargetLowering::ScalarCondVectorVal;
4320   else
4321     SelectKind = TargetLowering::ScalarValSelect;
4322
4323   // Do we have efficient codegen support for this kind of 'selects' ?
4324   if (TLI->isSelectSupported(SelectKind)) {
4325     // We have efficient codegen support for the select instruction.
4326     // Check if it is profitable to keep this 'select'.
4327     if (!TLI->isPredictableSelectExpensive() ||
4328         !isFormingBranchFromSelectProfitable(TTI, SI))
4329       return false;
4330   }
4331
4332   ModifiedDT = true;
4333
4334   // Transform a sequence like this:
4335   //    start:
4336   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
4337   //       %sel = select i1 %cmp, i32 %c, i32 %d
4338   //
4339   // Into:
4340   //    start:
4341   //       %cmp = cmp uge i32 %a, %b
4342   //       br i1 %cmp, label %select.true, label %select.false
4343   //    select.true:
4344   //       br label %select.end
4345   //    select.false:
4346   //       br label %select.end
4347   //    select.end:
4348   //       %sel = phi i32 [ %c, %select.true ], [ %d, %select.false ]
4349   //
4350   // In addition, we may sink instructions that produce %c or %d from
4351   // the entry block into the destination(s) of the new branch.
4352   // If the true or false blocks do not contain a sunken instruction, that
4353   // block and its branch may be optimized away. In that case, one side of the
4354   // first branch will point directly to select.end, and the corresponding PHI
4355   // predecessor block will be the start block.
4356
4357   // First, we split the block containing the select into 2 blocks.
4358   BasicBlock *StartBlock = SI->getParent();
4359   BasicBlock::iterator SplitPt = ++(BasicBlock::iterator(SI));
4360   BasicBlock *EndBlock = StartBlock->splitBasicBlock(SplitPt, "select.end");
4361
4362   // Delete the unconditional branch that was just created by the split.
4363   StartBlock->getTerminator()->eraseFromParent();
4364
4365   // These are the new basic blocks for the conditional branch.
4366   // At least one will become an actual new basic block.
4367   BasicBlock *TrueBlock = nullptr;
4368   BasicBlock *FalseBlock = nullptr;
4369
4370   // Sink expensive instructions into the conditional blocks to avoid executing
4371   // them speculatively.
4372   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getTrueValue())) {
4373     TrueBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.true.sink",
4374                                    EndBlock->getParent(), EndBlock);
4375     auto *TrueBranch = BranchInst::Create(EndBlock, TrueBlock);
4376     auto *TrueInst = cast<Instruction>(SI->getTrueValue());
4377     TrueInst->moveBefore(TrueBranch);
4378   }
4379   if (sinkSelectOperand(TTI, SI->getFalseValue())) {
4380     FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false.sink",
4381                                     EndBlock->getParent(), EndBlock);
4382     auto *FalseBranch = BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
4383     auto *FalseInst = cast<Instruction>(SI->getFalseValue());
4384     FalseInst->moveBefore(FalseBranch);
4385   }
4386
4387   // If there was nothing to sink, then arbitrarily choose the 'false' side
4388   // for a new input value to the PHI.
4389   if (TrueBlock == FalseBlock) {
4390     assert(TrueBlock == nullptr &&
4391            "Unexpected basic block transform while optimizing select");
4392
4393     FalseBlock = BasicBlock::Create(SI->getContext(), "select.false",
4394                                     EndBlock->getParent(), EndBlock);
4395     BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock);
4396   }
4397
4398   // Insert the real conditional branch based on the original condition.
4399   // If we did not create a new block for one of the 'true' or 'false' paths
4400   // of the condition, it means that side of the branch goes to the end block
4401   // directly and the path originates from the start block from the point of
4402   // view of the new PHI.
4403   if (TrueBlock == nullptr) {
4404     BranchInst::Create(EndBlock, FalseBlock, SI->getCondition(), SI);
4405     TrueBlock = StartBlock;
4406   } else if (FalseBlock == nullptr) {
4407     BranchInst::Create(TrueBlock, EndBlock, SI->getCondition(), SI);
4408     FalseBlock = StartBlock;
4409   } else {
4410     BranchInst::Create(TrueBlock, FalseBlock, SI->getCondition(), SI);
4411   }
4412
4413   // The select itself is replaced with a PHI Node.
4414   PHINode *PN = PHINode::Create(SI->getType(), 2, "", &EndBlock->front());
4415   PN->takeName(SI);
4416   PN->addIncoming(SI->getTrueValue(), TrueBlock);
4417   PN->addIncoming(SI->getFalseValue(), FalseBlock);
4418
4419   SI->replaceAllUsesWith(PN);
4420   SI->eraseFromParent();
4421
4422   // Instruct OptimizeBlock to skip to the next block.
4423   CurInstIterator = StartBlock->end();
4424   ++NumSelectsExpanded;
4425   return true;
4426 }
4427
4428 static bool isBroadcastShuffle(ShuffleVectorInst *SVI) {
4429   SmallVector<int, 16> Mask(SVI->getShuffleMask());
4430   int SplatElem = -1;
4431   for (unsigned i = 0; i < Mask.size(); ++i) {
4432     if (SplatElem != -1 && Mask[i] != -1 && Mask[i] != SplatElem)
4433       return false;
4434     SplatElem = Mask[i];
4435   }
4436
4437   return true;
4438 }
4439
4440 /// Some targets have expensive vector shifts if the lanes aren't all the same
4441 /// (e.g. x86 only introduced "vpsllvd" and friends with AVX2). In these cases
4442 /// it's often worth sinking a shufflevector splat down to its use so that
4443 /// codegen can spot all lanes are identical.
4444 bool CodeGenPrepare::optimizeShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst *SVI) {
4445   BasicBlock *DefBB = SVI->getParent();
4446
4447   // Only do this xform if variable vector shifts are particularly expensive.
4448   if (!TLI || !TLI->isVectorShiftByScalarCheap(SVI->getType()))
4449     return false;
4450
4451   // We only expect better codegen by sinking a shuffle if we can recognise a
4452   // constant splat.
4453   if (!isBroadcastShuffle(SVI))
4454     return false;
4455
4456   // InsertedShuffles - Only insert a shuffle in each block once.
4457   DenseMap<BasicBlock*, Instruction*> InsertedShuffles;
4458
4459   bool MadeChange = false;
4460   for (User *U : SVI->users()) {
4461     Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
4462
4463     // Figure out which BB this ext is used in.
4464     BasicBlock *UserBB = UI->getParent();
4465     if (UserBB == DefBB) continue;
4466
4467     // For now only apply this when the splat is used by a shift instruction.
4468     if (!UI->isShift()) continue;
4469
4470     // Everything checks out, sink the shuffle if the user's block doesn't
4471     // already have a copy.
4472     Instruction *&InsertedShuffle = InsertedShuffles[UserBB];
4473
4474     if (!InsertedShuffle) {
4475       BasicBlock::iterator InsertPt = UserBB->getFirstInsertionPt();
4476       assert(InsertPt != UserBB->end());
4477       InsertedShuffle =
4478           new ShuffleVectorInst(SVI->getOperand(0), SVI->getOperand(1),
4479                                 SVI->getOperand(2), "", &*InsertPt);
4480     }
4481
4482     UI->replaceUsesOfWith(SVI, InsertedShuffle);
4483     MadeChange = true;
4484   }
4485
4486   // If we removed all uses, nuke the shuffle.
4487   if (SVI->use_empty()) {
4488     SVI->eraseFromParent();
4489     MadeChange = true;
4490   }
4491
4492   return MadeChange;
4493 }
4494
4495 bool CodeGenPrepare::optimizeSwitchInst(SwitchInst *SI) {
4496   if (!TLI || !DL)
4497     return false;
4498
4499   Value *Cond = SI->getCondition();
4500   Type *OldType = Cond->getType();
4501   LLVMContext &Context = Cond->getContext();
4502   MVT RegType = TLI->getRegisterType(Context, TLI->getValueType(*DL, OldType));
4503   unsigned RegWidth = RegType.getSizeInBits();
4504
4505   if (RegWidth <= cast<IntegerType>(OldType)->getBitWidth())
4506     return false;
4507
4508   // If the register width is greater than the type width, expand the condition
4509   // of the switch instruction and each case constant to the width of the
4510   // register. By widening the type of the switch condition, subsequent
4511   // comparisons (for case comparisons) will not need to be extended to the
4512   // preferred register width, so we will potentially eliminate N-1 extends,
4513   // where N is the number of cases in the switch.
4514   auto *NewType = Type::getIntNTy(Context, RegWidth);
4515
4516   // Zero-extend the switch condition and case constants unless the switch
4517   // condition is a function argument that is already being sign-extended.
4518   // In that case, we can avoid an unnecessary mask/extension by sign-extending
4519   // everything instead.
4520   Instruction::CastOps ExtType = Instruction::ZExt;
4521   if (auto *Arg = dyn_cast<Argument>(Cond))
4522     if (Arg->hasSExtAttr())
4523       ExtType = Instruction::SExt;
4524
4525   auto *ExtInst = CastInst::Create(ExtType, Cond, NewType);
4526   ExtInst->insertBefore(SI);
4527   SI->setCondition(ExtInst);
4528   for (SwitchInst::CaseIt Case : SI->cases()) {
4529     APInt NarrowConst = Case.getCaseValue()->getValue();
4530     APInt WideConst = (ExtType == Instruction::ZExt) ?
4531                       NarrowConst.zext(RegWidth) : NarrowConst.sext(RegWidth);
4532     Case.setValue(ConstantInt::get(Context, WideConst));
4533   }
4534
4535   return true;
4536 }
4537
4538 namespace {
4539 /// \brief Helper class to promote a scalar operation to a vector one.
4540 /// This class is used to move downward extractelement transition.
4541 /// E.g.,
4542 /// a = vector_op <2 x i32>
4543 /// b = extractelement <2 x i32> a, i32 0
4544 /// c = scalar_op b
4545 /// store c
4546 ///
4547 /// =>
4548 /// a = vector_op <2 x i32>
4549 /// c = vector_op a (equivalent to scalar_op on the related lane)
4550 /// * d = extractelement <2 x i32> c, i32 0
4551 /// * store d
4552 /// Assuming both extractelement and store can be combine, we get rid of the
4553 /// transition.
4554 class VectorPromoteHelper {
4555   /// DataLayout associated with the current module.
4556   const DataLayout &DL;
4557
4558   /// Used to perform some checks on the legality of vector operations.
4559   const TargetLowering &TLI;
4560
4561   /// Used to estimated the cost of the promoted chain.
4562   const TargetTransformInfo &TTI;
4563
4564   /// The transition being moved downwards.
4565   Instruction *Transition;
4566   /// The sequence of instructions to be promoted.
4567   SmallVector<Instruction *, 4> InstsToBePromoted;
4568   /// Cost of combining a store and an extract.
4569   unsigned StoreExtractCombineCost;
4570   /// Instruction that will be combined with the transition.
4571   Instruction *CombineInst;
4572
4573   /// \brief The instruction that represents the current end of the transition.
4574   /// Since we are faking the promotion until we reach the end of the chain
4575   /// of computation, we need a way to get the current end of the transition.
4576   Instruction *getEndOfTransition() const {
4577     if (InstsToBePromoted.empty())
4578       return Transition;
4579     return InstsToBePromoted.back();
4580   }
4581
4582   /// \brief Return the index of the original value in the transition.
4583   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the original value,
4584   /// c, is at index 0.
4585   unsigned getTransitionOriginalValueIdx() const {
4586     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4587            "Other kind of transitions are not supported yet");
4588     return 0;
4589   }
4590
4591   /// \brief Return the index of the index in the transition.
4592   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 0" the index
4593   /// is at index 1.
4594   unsigned getTransitionIdx() const {
4595     assert(isa<ExtractElementInst>(Transition) &&
4596            "Other kind of transitions are not supported yet");
4597     return 1;
4598   }
4599
4600   /// \brief Get the type of the transition.
4601   /// This is the type of the original value.
4602   /// E.g., for "extractelement <2 x i32> c, i32 1" the type of the
4603   /// transition is <2 x i32>.
4604   Type *getTransitionType() const {
4605     return Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx())->getType();
4606   }
4607
4608   /// \brief Promote \p ToBePromoted by moving \p Def downward through.
4609   /// I.e., we have the following sequence:
4610   /// Def = Transition <ty1> a to <ty2>
4611   /// b = ToBePromoted <ty2> Def, ...
4612   /// =>
4613   /// b = ToBePromoted <ty1> a, ...
4614   /// Def = Transition <ty1> ToBePromoted to <ty2>
4615   void promoteImpl(Instruction *ToBePromoted);
4616
4617   /// \brief Check whether or not it is profitable to promote all the
4618   /// instructions enqueued to be promoted.
4619   bool isProfitableToPromote() {
4620     Value *ValIdx = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4621     unsigned Index = isa<ConstantInt>(ValIdx)
4622                          ? cast<ConstantInt>(ValIdx)->getZExtValue()
4623                          : -1;
4624     Type *PromotedType = getTransitionType();
4625
4626     StoreInst *ST = cast<StoreInst>(CombineInst);
4627     unsigned AS = ST->getPointerAddressSpace();
4628     unsigned Align = ST->getAlignment();
4629     // Check if this store is supported.
4630     if (!TLI.allowsMisalignedMemoryAccesses(
4631             TLI.getValueType(DL, ST->getValueOperand()->getType()), AS,
4632             Align)) {
4633       // If this is not supported, there is no way we can combine
4634       // the extract with the store.
4635       return false;
4636     }
4637
4638     // The scalar chain of computation has to pay for the transition
4639     // scalar to vector.
4640     // The vector chain has to account for the combining cost.
4641     uint64_t ScalarCost =
4642         TTI.getVectorInstrCost(Transition->getOpcode(), PromotedType, Index);
4643     uint64_t VectorCost = StoreExtractCombineCost;
4644     for (const auto &Inst : InstsToBePromoted) {
4645       // Compute the cost.
4646       // By construction, all instructions being promoted are arithmetic ones.
4647       // Moreover, one argument is a constant that can be viewed as a splat
4648       // constant.
4649       Value *Arg0 = Inst->getOperand(0);
4650       bool IsArg0Constant = isa<UndefValue>(Arg0) || isa<ConstantInt>(Arg0) ||
4651                             isa<ConstantFP>(Arg0);
4652       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg0OVK =
4653           IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4654                          : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4655       TargetTransformInfo::OperandValueKind Arg1OVK =
4656           !IsArg0Constant ? TargetTransformInfo::OK_UniformConstantValue
4657                           : TargetTransformInfo::OK_AnyValue;
4658       ScalarCost += TTI.getArithmeticInstrCost(
4659           Inst->getOpcode(), Inst->getType(), Arg0OVK, Arg1OVK);
4660       VectorCost += TTI.getArithmeticInstrCost(Inst->getOpcode(), PromotedType,
4661                                                Arg0OVK, Arg1OVK);
4662     }
4663     DEBUG(dbgs() << "Estimated cost of computation to be promoted:\nScalar: "
4664                  << ScalarCost << "\nVector: " << VectorCost << '\n');
4665     return ScalarCost > VectorCost;
4666   }
4667
4668   /// \brief Generate a constant vector with \p Val with the same
4669   /// number of elements as the transition.
4670   /// \p UseSplat defines whether or not \p Val should be replicated
4671   /// across the whole vector.
4672   /// In other words, if UseSplat == true, we generate <Val, Val, ..., Val>,
4673   /// otherwise we generate a vector with as many undef as possible:
4674   /// <undef, ..., undef, Val, undef, ..., undef> where \p Val is only
4675   /// used at the index of the extract.
4676   Value *getConstantVector(Constant *Val, bool UseSplat) const {
4677     unsigned ExtractIdx = UINT_MAX;
4678     if (!UseSplat) {
4679       // If we cannot determine where the constant must be, we have to
4680       // use a splat constant.
4681       Value *ValExtractIdx = Transition->getOperand(getTransitionIdx());
4682       if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(ValExtractIdx))
4683         ExtractIdx = CstVal->getSExtValue();
4684       else
4685         UseSplat = true;
4686     }
4687
4688     unsigned End = getTransitionType()->getVectorNumElements();
4689     if (UseSplat)
4690       return ConstantVector::getSplat(End, Val);
4691
4692     SmallVector<Constant *, 4> ConstVec;
4693     UndefValue *UndefVal = UndefValue::get(Val->getType());
4694     for (unsigned Idx = 0; Idx != End; ++Idx) {
4695       if (Idx == ExtractIdx)
4696         ConstVec.push_back(Val);
4697       else
4698         ConstVec.push_back(UndefVal);
4699     }
4700     return ConstantVector::get(ConstVec);
4701   }
4702
4703   /// \brief Check if promoting to a vector type an operand at \p OperandIdx
4704   /// in \p Use can trigger undefined behavior.
4705   static bool canCauseUndefinedBehavior(const Instruction *Use,
4706                                         unsigned OperandIdx) {
4707     // This is not safe to introduce undef when the operand is on
4708     // the right hand side of a division-like instruction.
4709     if (OperandIdx != 1)
4710       return false;
4711     switch (Use->getOpcode()) {
4712     default:
4713       return false;
4714     case Instruction::SDiv:
4715     case Instruction::UDiv:
4716     case Instruction::SRem:
4717     case Instruction::URem:
4718       return true;
4719     case Instruction::FDiv:
4720     case Instruction::FRem:
4721       return !Use->hasNoNaNs();
4722     }
4723     llvm_unreachable(nullptr);
4724   }
4725
4726 public:
4727   VectorPromoteHelper(const DataLayout &DL, const TargetLowering &TLI,
4728                       const TargetTransformInfo &TTI, Instruction *Transition,
4729                       unsigned CombineCost)
4730       : DL(DL), TLI(TLI), TTI(TTI), Transition(Transition),
4731         StoreExtractCombineCost(CombineCost), CombineInst(nullptr) {
4732     assert(Transition && "Do not know how to promote null");
4733   }
4734
4735   /// \brief Check if we can promote \p ToBePromoted to \p Type.
4736   bool canPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4737     // We could support CastInst too.
4738     return isa<BinaryOperator>(ToBePromoted);
4739   }
4740
4741   /// \brief Check if it is profitable to promote \p ToBePromoted
4742   /// by moving downward the transition through.
4743   bool shouldPromote(const Instruction *ToBePromoted) const {
4744     // Promote only if all the operands can be statically expanded.
4745     // Indeed, we do not want to introduce any new kind of transitions.
4746     for (const Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4747       const Value *Val = U.get();
4748       if (Val == getEndOfTransition()) {
4749         // If the use is a division and the transition is on the rhs,
4750         // we cannot promote the operation, otherwise we may create a
4751         // division by zero.
4752         if (canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()))
4753           return false;
4754         continue;
4755       }
4756       if (!isa<ConstantInt>(Val) && !isa<UndefValue>(Val) &&
4757           !isa<ConstantFP>(Val))
4758         return false;
4759     }
4760     // Check that the resulting operation is legal.
4761     int ISDOpcode = TLI.InstructionOpcodeToISD(ToBePromoted->getOpcode());
4762     if (!ISDOpcode)
4763       return false;
4764     return StressStoreExtract ||
4765            TLI.isOperationLegalOrCustom(
4766                ISDOpcode, TLI.getValueType(DL, getTransitionType(), true));
4767   }
4768
4769   /// \brief Check whether or not \p Use can be combined
4770   /// with the transition.
4771   /// I.e., is it possible to do Use(Transition) => AnotherUse?
4772   bool canCombine(const Instruction *Use) { return isa<StoreInst>(Use); }
4773
4774   /// \brief Record \p ToBePromoted as part of the chain to be promoted.
4775   void enqueueForPromotion(Instruction *ToBePromoted) {
4776     InstsToBePromoted.push_back(ToBePromoted);
4777   }
4778
4779   /// \brief Set the instruction that will be combined with the transition.
4780   void recordCombineInstruction(Instruction *ToBeCombined) {
4781     assert(canCombine(ToBeCombined) && "Unsupported instruction to combine");
4782     CombineInst = ToBeCombined;
4783   }
4784
4785   /// \brief Promote all the instructions enqueued for promotion if it is
4786   /// is profitable.
4787   /// \return True if the promotion happened, false otherwise.
4788   bool promote() {
4789     // Check if there is something to promote.
4790     // Right now, if we do not have anything to combine with,
4791     // we assume the promotion is not profitable.
4792     if (InstsToBePromoted.empty() || !CombineInst)
4793       return false;
4794
4795     // Check cost.
4796     if (!StressStoreExtract && !isProfitableToPromote())
4797       return false;
4798
4799     // Promote.
4800     for (auto &ToBePromoted : InstsToBePromoted)
4801       promoteImpl(ToBePromoted);
4802     InstsToBePromoted.clear();
4803     return true;
4804   }
4805 };
4806 } // End of anonymous namespace.
4807
4808 void VectorPromoteHelper::promoteImpl(Instruction *ToBePromoted) {
4809   // At this point, we know that all the operands of ToBePromoted but Def
4810   // can be statically promoted.
4811   // For Def, we need to use its parameter in ToBePromoted:
4812   // b = ToBePromoted ty1 a
4813   // Def = Transition ty1 b to ty2
4814   // Move the transition down.
4815   // 1. Replace all uses of the promoted operation by the transition.
4816   // = ... b => = ... Def.
4817   assert(ToBePromoted->getType() == Transition->getType() &&
4818          "The type of the result of the transition does not match "
4819          "the final type");
4820   ToBePromoted->replaceAllUsesWith(Transition);
4821   // 2. Update the type of the uses.
4822   // b = ToBePromoted ty2 Def => b = ToBePromoted ty1 Def.
4823   Type *TransitionTy = getTransitionType();
4824   ToBePromoted->mutateType(TransitionTy);
4825   // 3. Update all the operands of the promoted operation with promoted
4826   // operands.
4827   // b = ToBePromoted ty1 Def => b = ToBePromoted ty1 a.
4828   for (Use &U : ToBePromoted->operands()) {
4829     Value *Val = U.get();
4830     Value *NewVal = nullptr;
4831     if (Val == Transition)
4832       NewVal = Transition->getOperand(getTransitionOriginalValueIdx());
4833     else if (isa<UndefValue>(Val) || isa<ConstantInt>(Val) ||
4834              isa<ConstantFP>(Val)) {
4835       // Use a splat constant if it is not safe to use undef.
4836       NewVal = getConstantVector(
4837           cast<Constant>(Val),
4838           isa<UndefValue>(Val) ||
4839               canCauseUndefinedBehavior(ToBePromoted, U.getOperandNo()));
4840     } else
4841       llvm_unreachable("Did you modified shouldPromote and forgot to update "
4842                        "this?");
4843     ToBePromoted->setOperand(U.getOperandNo(), NewVal);
4844   }
4845   Transition->removeFromParent();
4846   Transition->insertAfter(ToBePromoted);
4847   Transition->setOperand(getTransitionOriginalValueIdx(), ToBePromoted);
4848 }
4849
4850 /// Some targets can do store(extractelement) with one instruction.
4851 /// Try to push the extractelement towards the stores when the target
4852 /// has this feature and this is profitable.
4853 bool CodeGenPrepare::optimizeExtractElementInst(Instruction *Inst) {
4854   unsigned CombineCost = UINT_MAX;
4855   if (DisableStoreExtract || !TLI ||
4856       (!StressStoreExtract &&
4857        !TLI->canCombineStoreAndExtract(Inst->getOperand(0)->getType(),
4858                                        Inst->getOperand(1), CombineCost)))
4859     return false;
4860
4861   // At this point we know that Inst is a vector to scalar transition.
4862   // Try to move it down the def-use chain, until:
4863   // - We can combine the transition with its single use
4864   //   => we got rid of the transition.
4865   // - We escape the current basic block
4866   //   => we would need to check that we are moving it at a cheaper place and
4867   //      we do not do that for now.
4868   BasicBlock *Parent = Inst->getParent();
4869   DEBUG(dbgs() << "Found an interesting transition: " << *Inst << '\n');
4870   VectorPromoteHelper VPH(*DL, *TLI, *TTI, Inst, CombineCost);
4871   // If the transition has more than one use, assume this is not going to be
4872   // beneficial.
4873   while (Inst->hasOneUse()) {
4874     Instruction *ToBePromoted = cast<Instruction>(*Inst->user_begin());
4875     DEBUG(dbgs() << "Use: " << *ToBePromoted << '\n');
4876
4877     if (ToBePromoted->getParent() != Parent) {
4878       DEBUG(dbgs() << "Instruction to promote is in a different block ("
4879                    << ToBePromoted->getParent()->getName()
4880                    << ") than the transition (" << Parent->getName() << ").\n");
4881       return false;
4882     }
4883
4884     if (VPH.canCombine(ToBePromoted)) {
4885       DEBUG(dbgs() << "Assume " << *Inst << '\n'
4886                    << "will be combined with: " << *ToBePromoted << '\n');
4887       VPH.recordCombineInstruction(ToBePromoted);
4888       bool Changed = VPH.promote();
4889       NumStoreExtractExposed += Changed;
4890       return Changed;
4891     }
4892
4893     DEBUG(dbgs() << "Try promoting.\n");
4894     if (!VPH.canPromote(ToBePromoted) || !VPH.shouldPromote(ToBePromoted))
4895       return false;
4896
4897     DEBUG(dbgs() << "Promoting is possible... Enqueue for promotion!\n");
4898
4899     VPH.enqueueForPromotion(ToBePromoted);
4900     Inst = ToBePromoted;
4901   }
4902   return false;
4903 }
4904
4905 bool CodeGenPrepare::optimizeInst(Instruction *I, bool& ModifiedDT) {
4906   // Bail out if we inserted the instruction to prevent optimizations from
4907   // stepping on each other's toes.
4908   if (InsertedInsts.count(I))
4909     return false;
4910
4911   if (PHINode *P = dyn_cast<PHINode>(I)) {
4912     // It is possible for very late stage optimizations (such as SimplifyCFG)
4913     // to introduce PHI nodes too late to be cleaned up.  If we detect such a
4914     // trivial PHI, go ahead and zap it here.
4915     if (Value *V = SimplifyInstruction(P, *DL, TLInfo, nullptr)) {
4916       P->replaceAllUsesWith(V);
4917       P->eraseFromParent();
4918       ++NumPHIsElim;
4919       return true;
4920     }
4921     return false;
4922   }
4923
4924   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
4925     // If the source of the cast is a constant, then this should have
4926     // already been constant folded.  The only reason NOT to constant fold
4927     // it is if something (e.g. LSR) was careful to place the constant
4928     // evaluation in a block other than then one that uses it (e.g. to hoist
4929     // the address of globals out of a loop).  If this is the case, we don't
4930     // want to forward-subst the cast.
4931     if (isa<Constant>(CI->getOperand(0)))
4932       return false;
4933
4934     if (TLI && OptimizeNoopCopyExpression(CI, *TLI, *DL))
4935       return true;
4936
4937     if (isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) {
4938       /// Sink a zext or sext into its user blocks if the target type doesn't
4939       /// fit in one register
4940       if (TLI &&
4941           TLI->getTypeAction(CI->getContext(),
4942                              TLI->getValueType(*DL, CI->getType())) ==
4943               TargetLowering::TypeExpandInteger) {
4944         return SinkCast(CI);
4945       } else {
4946         bool MadeChange = moveExtToFormExtLoad(I);
4947         return MadeChange | optimizeExtUses(I);
4948       }
4949     }
4950     return false;
4951   }
4952
4953   if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I))
4954     if (!TLI || !TLI->hasMultipleConditionRegisters())
4955       return OptimizeCmpExpression(CI);
4956
4957   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
4958     stripInvariantGroupMetadata(*LI);
4959     if (TLI) {
4960       unsigned AS = LI->getPointerAddressSpace();
4961       return optimizeMemoryInst(I, I->getOperand(0), LI->getType(), AS);
4962     }
4963     return false;
4964   }
4965
4966   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
4967     stripInvariantGroupMetadata(*SI);
4968     if (TLI) {
4969       unsigned AS = SI->getPointerAddressSpace();
4970       return optimizeMemoryInst(I, SI->getOperand(1),
4971                                 SI->getOperand(0)->getType(), AS);
4972     }
4973     return false;
4974   }
4975
4976   BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
4977
4978   if (BinOp && (BinOp->getOpcode() == Instruction::AShr ||
4979                 BinOp->getOpcode() == Instruction::LShr)) {
4980     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BinOp->getOperand(1));
4981     if (TLI && CI && TLI->hasExtractBitsInsn())
4982       return OptimizeExtractBits(BinOp, CI, *TLI, *DL);
4983
4984     return false;
4985   }
4986
4987   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
4988     if (GEPI->hasAllZeroIndices()) {
4989       /// The GEP operand must be a pointer, so must its result -> BitCast
4990       Instruction *NC = new BitCastInst(GEPI->getOperand(0), GEPI->getType(),
4991                                         GEPI->getName(), GEPI);
4992       GEPI->replaceAllUsesWith(NC);
4993       GEPI->eraseFromParent();
4994       ++NumGEPsElim;
4995       optimizeInst(NC, ModifiedDT);
4996       return true;
4997     }
4998     return false;
4999   }
5000
5001   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
5002     return optimizeCallInst(CI, ModifiedDT);
5003
5004   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I))
5005     return optimizeSelectInst(SI);
5006
5007   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(I))
5008     return optimizeShuffleVectorInst(SVI);
5009
5010   if (auto *Switch = dyn_cast<SwitchInst>(I))
5011     return optimizeSwitchInst(Switch);
5012
5013   if (isa<ExtractElementInst>(I))
5014     return optimizeExtractElementInst(I);
5015
5016   return false;
5017 }
5018
5019 // In this pass we look for GEP and cast instructions that are used
5020 // across basic blocks and rewrite them to improve basic-block-at-a-time
5021 // selection.
5022 bool CodeGenPrepare::optimizeBlock(BasicBlock &BB, bool& ModifiedDT) {
5023   SunkAddrs.clear();
5024   bool MadeChange = false;
5025
5026   CurInstIterator = BB.begin();
5027   while (CurInstIterator != BB.end()) {
5028     MadeChange |= optimizeInst(&*CurInstIterator++, ModifiedDT);
5029     if (ModifiedDT)
5030       return true;
5031   }
5032   MadeChange |= dupRetToEnableTailCallOpts(&BB);
5033
5034   return MadeChange;
5035 }
5036
5037 // llvm.dbg.value is far away from the value then iSel may not be able
5038 // handle it properly. iSel will drop llvm.dbg.value if it can not
5039 // find a node corresponding to the value.
5040 bool CodeGenPrepare::placeDbgValues(Function &F) {
5041   bool MadeChange = false;
5042   for (BasicBlock &BB : F) {
5043     Instruction *PrevNonDbgInst = nullptr;
5044     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
5045       Instruction *Insn = &*BI++;
5046       DbgValueInst *DVI = dyn_cast<DbgValueInst>(Insn);
5047       // Leave dbg.values that refer to an alloca alone. These
5048       // instrinsics describe the address of a variable (= the alloca)
5049       // being taken.  They should not be moved next to the alloca
5050       // (and to the beginning of the scope), but rather stay close to
5051       // where said address is used.
5052       if (!DVI || (DVI->getValue() && isa<AllocaInst>(DVI->getValue()))) {
5053         PrevNonDbgInst = Insn;
5054         continue;
5055       }
5056
5057       Instruction *VI = dyn_cast_or_null<Instruction>(DVI->getValue());
5058       if (VI && VI != PrevNonDbgInst && !VI->isTerminator()) {
5059         DEBUG(dbgs() << "Moving Debug Value before :\n" << *DVI << ' ' << *VI);
5060         DVI->removeFromParent();
5061         if (isa<PHINode>(VI))
5062           DVI->insertBefore(&*VI->getParent()->getFirstInsertionPt());
5063         else
5064           DVI->insertAfter(VI);
5065         MadeChange = true;
5066         ++NumDbgValueMoved;
5067       }
5068     }
5069   }
5070   return MadeChange;
5071 }
5072
5073 // If there is a sequence that branches based on comparing a single bit
5074 // against zero that can be combined into a single instruction, and the
5075 // target supports folding these into a single instruction, sink the
5076 // mask and compare into the branch uses. Do this before OptimizeBlock ->
5077 // OptimizeInst -> OptimizeCmpExpression, which perturbs the pattern being
5078 // searched for.
5079 bool CodeGenPrepare::sinkAndCmp(Function &F) {
5080   if (!EnableAndCmpSinking)
5081     return false;
5082   if (!TLI || !TLI->isMaskAndBranchFoldingLegal())
5083     return false;
5084   bool MadeChange = false;
5085   for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ) {
5086     BasicBlock *BB = &*I++;
5087
5088     // Does this BB end with the following?
5089     //   %andVal = and %val, #single-bit-set
5090     //   %icmpVal = icmp %andResult, 0
5091     //   br i1 %cmpVal label %dest1, label %dest2"
5092     BranchInst *Brcc = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
5093     if (!Brcc || !Brcc->isConditional())
5094       continue;
5095     ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(Brcc->getOperand(0));
5096     if (!Cmp || Cmp->getParent() != BB)
5097       continue;
5098     ConstantInt *Zero = dyn_cast<ConstantInt>(Cmp->getOperand(1));
5099     if (!Zero || !Zero->isZero())
5100       continue;
5101     Instruction *And = dyn_cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0));
5102     if (!And || And->getOpcode() != Instruction::And || And->getParent() != BB)
5103       continue;
5104     ConstantInt* Mask = dyn_cast<ConstantInt>(And->getOperand(1));
5105     if (!Mask || !Mask->getUniqueInteger().isPowerOf2())
5106       continue;
5107     DEBUG(dbgs() << "found and; icmp ?,0; brcc\n"); DEBUG(BB->dump());
5108
5109     // Push the "and; icmp" for any users that are conditional branches.
5110     // Since there can only be one branch use per BB, we don't need to keep
5111     // track of which BBs we insert into.
5112     for (Value::use_iterator UI = Cmp->use_begin(), E = Cmp->use_end();
5113          UI != E; ) {
5114       Use &TheUse = *UI;
5115       // Find brcc use.
5116       BranchInst *BrccUser = dyn_cast<BranchInst>(*UI);
5117       ++UI;
5118       if (!BrccUser || !BrccUser->isConditional())
5119         continue;
5120       BasicBlock *UserBB = BrccUser->getParent();
5121       if (UserBB == BB) continue;
5122       DEBUG(dbgs() << "found Brcc use\n");
5123
5124       // Sink the "and; icmp" to use.
5125       MadeChange = true;
5126       BinaryOperator *NewAnd =
5127         BinaryOperator::CreateAnd(And->getOperand(0), And->getOperand(1), "",
5128                                   BrccUser);
5129       CmpInst *NewCmp =
5130         CmpInst::Create(Cmp->getOpcode(), Cmp->getPredicate(), NewAnd, Zero,
5131                         "", BrccUser);
5132       TheUse = NewCmp;
5133       ++NumAndCmpsMoved;
5134       DEBUG(BrccUser->getParent()->dump());
5135     }
5136   }
5137   return MadeChange;
5138 }
5139
5140 /// \brief Retrieve the probabilities of a conditional branch. Returns true on
5141 /// success, or returns false if no or invalid metadata was found.
5142 static bool extractBranchMetadata(BranchInst *BI,
5143                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
5144   assert(BI->isConditional() &&
5145          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
5146   auto *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
5147   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3)
5148     return false;
5149
5150   const auto *CITrue =
5151       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
5152   const auto *CIFalse =
5153       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
5154   if (!CITrue || !CIFalse)
5155     return false;
5156
5157   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
5158   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
5159
5160   return true;
5161 }
5162
5163 /// \brief Scale down both weights to fit into uint32_t.
5164 static void scaleWeights(uint64_t &NewTrue, uint64_t &NewFalse) {
5165   uint64_t NewMax = (NewTrue > NewFalse) ? NewTrue : NewFalse;
5166   uint32_t Scale = (NewMax / UINT32_MAX) + 1;
5167   NewTrue = NewTrue / Scale;
5168   NewFalse = NewFalse / Scale;
5169 }
5170
5171 /// \brief Some targets prefer to split a conditional branch like:
5172 /// \code
5173 ///   %0 = icmp ne i32 %a, 0
5174 ///   %1 = icmp ne i32 %b, 0
5175 ///   %or.cond = or i1 %0, %1
5176 ///   br i1 %or.cond, label %TrueBB, label %FalseBB
5177 /// \endcode
5178 /// into multiple branch instructions like:
5179 /// \code
5180 ///   bb1:
5181 ///     %0 = icmp ne i32 %a, 0
5182 ///     br i1 %0, label %TrueBB, label %bb2
5183 ///   bb2:
5184 ///     %1 = icmp ne i32 %b, 0
5185 ///     br i1 %1, label %TrueBB, label %FalseBB
5186 /// \endcode
5187 /// This usually allows instruction selection to do even further optimizations
5188 /// and combine the compare with the branch instruction. Currently this is
5189 /// applied for targets which have "cheap" jump instructions.
5190 ///
5191 /// FIXME: Remove the (equivalent?) implementation in SelectionDAG.
5192 ///
5193 bool CodeGenPrepare::splitBranchCondition(Function &F) {
5194   if (!TM || !TM->Options.EnableFastISel || !TLI || TLI->isJumpExpensive())
5195     return false;
5196
5197   bool MadeChange = false;
5198   for (auto &BB : F) {
5199     // Does this BB end with the following?
5200     //   %cond1 = icmp|fcmp|binary instruction ...
5201     //   %cond2 = icmp|fcmp|binary instruction ...
5202     //   %cond.or = or|and i1 %cond1, cond2
5203     //   br i1 %cond.or label %dest1, label %dest2"
5204     BinaryOperator *LogicOp;
5205     BasicBlock *TBB, *FBB;
5206     if (!match(BB.getTerminator(), m_Br(m_OneUse(m_BinOp(LogicOp)), TBB, FBB)))
5207       continue;
5208
5209     auto *Br1 = cast<BranchInst>(BB.getTerminator());
5210     if (Br1->getMetadata(LLVMContext::MD_unpredictable))
5211       continue;
5212
5213     unsigned Opc;
5214     Value *Cond1, *Cond2;
5215     if (match(LogicOp, m_And(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
5216                              m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
5217       Opc = Instruction::And;
5218     else if (match(LogicOp, m_Or(m_OneUse(m_Value(Cond1)),
5219                                  m_OneUse(m_Value(Cond2)))))
5220       Opc = Instruction::Or;
5221     else
5222       continue;
5223
5224     if (!match(Cond1, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp())) ||
5225         !match(Cond2, m_CombineOr(m_Cmp(), m_BinOp()))   )
5226       continue;
5227
5228     DEBUG(dbgs() << "Before branch condition splitting\n"; BB.dump());
5229
5230     // Create a new BB.
5231     auto *InsertBefore = std::next(Function::iterator(BB))
5232         .getNodePtrUnchecked();
5233     auto TmpBB = BasicBlock::Create(BB.getContext(),
5234                                     BB.getName() + ".cond.split",
5235                                     BB.getParent(), InsertBefore);
5236
5237     // Update original basic block by using the first condition directly by the
5238     // branch instruction and removing the no longer needed and/or instruction.
5239     Br1->setCondition(Cond1);
5240     LogicOp->eraseFromParent();
5241
5242     // Depending on the conditon we have to either replace the true or the false
5243     // successor of the original branch instruction.
5244     if (Opc == Instruction::And)
5245       Br1->setSuccessor(0, TmpBB);
5246     else
5247       Br1->setSuccessor(1, TmpBB);
5248
5249     // Fill in the new basic block.
5250     auto *Br2 = IRBuilder<>(TmpBB).CreateCondBr(Cond2, TBB, FBB);
5251     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(Cond2)) {
5252       I->removeFromParent();
5253       I->insertBefore(Br2);
5254     }
5255
5256     // Update PHI nodes in both successors. The original BB needs to be
5257     // replaced in one succesor's PHI nodes, because the branch comes now from
5258     // the newly generated BB (NewBB). In the other successor we need to add one
5259     // incoming edge to the PHI nodes, because both branch instructions target
5260     // now the same successor. Depending on the original branch condition
5261     // (and/or) we have to swap the successors (TrueDest, FalseDest), so that
5262     // we perfrom the correct update for the PHI nodes.
5263     // This doesn't change the successor order of the just created branch
5264     // instruction (or any other instruction).
5265     if (Opc == Instruction::Or)
5266       std::swap(TBB, FBB);
5267
5268     // Replace the old BB with the new BB.
5269     for (auto &I : *TBB) {
5270       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
5271       if (!PN)
5272         break;
5273       int i;
5274       while ((i = PN->getBasicBlockIndex(&BB)) >= 0)
5275         PN->setIncomingBlock(i, TmpBB);
5276     }
5277
5278     // Add another incoming edge form the new BB.
5279     for (auto &I : *FBB) {
5280       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&I);
5281       if (!PN)
5282         break;
5283       auto *Val = PN->getIncomingValueForBlock(&BB);
5284       PN->addIncoming(Val, TmpBB);
5285     }
5286
5287     // Update the branch weights (from SelectionDAGBuilder::
5288     // FindMergedConditions).
5289     if (Opc == Instruction::Or) {
5290       // Codegen X | Y as:
5291       // BB1:
5292       //   jmp_if_X TBB
5293       //   jmp TmpBB
5294       // TmpBB:
5295       //   jmp_if_Y TBB
5296       //   jmp FBB
5297       //
5298
5299       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for NewBB.
5300       // The requirement is that
5301       //   TrueProb for BB1 + (FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB)
5302       //     = TrueProb for orignal BB.
5303       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
5304       // weights to A and A+2B, and set TmpBB's weights to A and 2B. This choice
5305       // assumes that
5306       //   TrueProb for BB1 == FalseProb for BB1 * TrueProb for TmpBB.
5307       // Another choice is to assume TrueProb for BB1 equals to TrueProb for
5308       // TmpBB, but the math is more complicated.
5309       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
5310       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
5311         uint64_t NewTrueWeight = TrueWeight;
5312         uint64_t NewFalseWeight = TrueWeight + 2 * FalseWeight;
5313         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
5314         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
5315                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
5316
5317         NewTrueWeight = TrueWeight;
5318         NewFalseWeight = 2 * FalseWeight;
5319         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
5320         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
5321                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
5322       }
5323     } else {
5324       // Codegen X & Y as:
5325       // BB1:
5326       //   jmp_if_X TmpBB
5327       //   jmp FBB
5328       // TmpBB:
5329       //   jmp_if_Y TBB
5330       //   jmp FBB
5331       //
5332       //  This requires creation of TmpBB after CurBB.
5333
5334       // We have flexibility in setting Prob for BB1 and Prob for TmpBB.
5335       // The requirement is that
5336       //   FalseProb for BB1 + (TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB)
5337       //     = FalseProb for orignal BB.
5338       // Assuming the orignal weights are A and B, one choice is to set BB1's
5339       // weights to 2A+B and B, and set TmpBB's weights to 2A and B. This choice
5340       // assumes that
5341       //   FalseProb for BB1 == TrueProb for BB1 * FalseProb for TmpBB.
5342       uint64_t TrueWeight, FalseWeight;
5343       if (extractBranchMetadata(Br1, TrueWeight, FalseWeight)) {
5344         uint64_t NewTrueWeight = 2 * TrueWeight + FalseWeight;
5345         uint64_t NewFalseWeight = FalseWeight;
5346         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
5347         Br1->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br1->getContext())
5348                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
5349
5350         NewTrueWeight = 2 * TrueWeight;
5351         NewFalseWeight = FalseWeight;
5352         scaleWeights(NewTrueWeight, NewFalseWeight);
5353         Br2->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDBuilder(Br2->getContext())
5354                          .createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
5355       }
5356     }
5357
5358     // Note: No point in getting fancy here, since the DT info is never
5359     // available to CodeGenPrepare.
5360     ModifiedDT = true;
5361
5362     MadeChange = true;
5363
5364     DEBUG(dbgs() << "After branch condition splitting\n"; BB.dump();
5365           TmpBB->dump());
5366   }
5367   return MadeChange;
5368 }
5369
5370 void CodeGenPrepare::stripInvariantGroupMetadata(Instruction &I) {
5371   if (auto *InvariantMD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group))
5372     I.dropUnknownNonDebugMetadata(InvariantMD->getMetadataID());
5373 }