lib/Transforms/InstCombine/InstCombine.h

   1 //===- InstCombine.h - Main InstCombine pass definition ---------*- C++ -*-===//
   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 #ifndef LLVM_LIB_TRANSFORMS_INSTCOMBINE_INSTCOMBINE_H
  11 #define LLVM_LIB_TRANSFORMS_INSTCOMBINE_INSTCOMBINE_H
  12
  13 #include "InstCombineWorklist.h"
  14 #include "llvm/Analysis/AssumptionTracker.h"
  15 #include "llvm/Analysis/TargetFolder.h"
  16 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  17 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  18 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  19 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  20 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  21 #include "llvm/IR/Operator.h"
  22 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  23 #include "llvm/Pass.h"
  24 #include "llvm/Transforms/Utils/SimplifyLibCalls.h"
  25
  26 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  27
  28 namespace llvm {
  29 class CallSite;
  30 class DataLayout;
  31 class DominatorTree;
  32 class TargetLibraryInfo;
  33 class DbgDeclareInst;
  34 class MemIntrinsic;
  35 class MemSetInst;
  36
  37 /// SelectPatternFlavor - We can match a variety of different patterns for
  38 /// select operations.
  39 enum SelectPatternFlavor {
  40   SPF_UNKNOWN = 0,
  41   SPF_SMIN,
  42   SPF_UMIN,
  43   SPF_SMAX,
  44   SPF_UMAX,
  45   SPF_ABS,
  46   SPF_NABS
  47 };
  48
  49 /// getComplexity:  Assign a complexity or rank value to LLVM Values...
  50 ///   0 -> undef, 1 -> Const, 2 -> Other, 3 -> Arg, 3 -> Unary, 4 -> OtherInst
  51 static inline unsigned getComplexity(Value *V) {
  52   if (isa<Instruction>(V)) {
  53     if (BinaryOperator::isNeg(V) || BinaryOperator::isFNeg(V) ||
  54         BinaryOperator::isNot(V))
  55       return 3;
  56     return 4;
  57   }
  58   if (isa<Argument>(V))
  59     return 3;
  60   return isa<Constant>(V) ? (isa<UndefValue>(V) ? 0 : 1) : 2;
  61 }
  62
  63 /// AddOne - Add one to a Constant
  64 static inline Constant *AddOne(Constant *C) {
  65   return ConstantExpr::getAdd(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
  66 }
  67 /// SubOne - Subtract one from a Constant
  68 static inline Constant *SubOne(Constant *C) {
  69   return ConstantExpr::getSub(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
  70 }
  71
  72 /// InstCombineIRInserter - This is an IRBuilder insertion helper that works
  73 /// just like the normal insertion helper, but also adds any new instructions
  74 /// to the instcombine worklist.
  75 class LLVM_LIBRARY_VISIBILITY InstCombineIRInserter
  76     : public IRBuilderDefaultInserter<true> {
  77   InstCombineWorklist &Worklist;
  78   AssumptionTracker *AT;
  79
  80 public:
  81   InstCombineIRInserter(InstCombineWorklist &WL, AssumptionTracker *AT)
  82     : Worklist(WL), AT(AT) {}
  83
  84   void InsertHelper(Instruction *I, const Twine &Name, BasicBlock *BB,
  85                     BasicBlock::iterator InsertPt) const {
  86     IRBuilderDefaultInserter<true>::InsertHelper(I, Name, BB, InsertPt);
  87     Worklist.Add(I);
  88
  89     using namespace llvm::PatternMatch;
  90     if ((match(I, m_Intrinsic<Intrinsic::assume>(m_Value()))))
  91       AT->registerAssumption(cast<CallInst>(I));
  92   }
  93 };
  94
  95 /// InstCombiner - The -instcombine pass.
  96 class LLVM_LIBRARY_VISIBILITY InstCombiner
  97     : public FunctionPass,
  98       public InstVisitor<InstCombiner, Instruction *> {
  99   AssumptionTracker *AT;
 100   const DataLayout *DL;
 101   DominatorTree *DT; // not required
 102   TargetLibraryInfo *TLI;
 103   bool MadeIRChange;
 104   LibCallSimplifier *Simplifier;
 105   bool MinimizeSize;
 106
 107 public:
 108   /// Worklist - All of the instructions that need to be simplified.
 109   InstCombineWorklist Worklist;
 110
 111   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
 112   /// instructions into the worklist when they are created.
 113   typedef IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> BuilderTy;
 114   BuilderTy *Builder;
 115
 116   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 117   InstCombiner()
 118       : FunctionPass(ID), DL(nullptr), DT(nullptr), Builder(nullptr) {
 119     MinimizeSize = false;
 120     initializeInstCombinerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 121   }
 122
 123 public:
 124   bool runOnFunction(Function &F) override;
 125
 126   bool DoOneIteration(Function &F, unsigned ItNum);
 127
 128   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
 129
 130   AssumptionTracker *getAssumptionTracker() const { return AT; }
 131
 132   const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
 133
 134   DominatorTree *getDominatorTree() const { return DT; }
 135
 136   TargetLibraryInfo *getTargetLibraryInfo() const { return TLI; }
 137
 138   // Visitation implementation - Implement instruction combining for different
 139   // instruction types.  The semantics are as follows:
 140   // Return Value:
 141   //    null        - No change was made
 142   //     I          - Change was made, I is still valid, I may be dead though
 143   //   otherwise    - Change was made, replace I with returned instruction
 144   //
 145   Instruction *visitAdd(BinaryOperator &I);
 146   Instruction *visitFAdd(BinaryOperator &I);
 147   Value *OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS, Type *Ty);
 148   Instruction *visitSub(BinaryOperator &I);
 149   Instruction *visitFSub(BinaryOperator &I);
 150   Instruction *visitMul(BinaryOperator &I);
 151   Value *foldFMulConst(Instruction *FMulOrDiv, Constant *C,
 152                        Instruction *InsertBefore);
 153   Instruction *visitFMul(BinaryOperator &I);
 154   Instruction *visitURem(BinaryOperator &I);
 155   Instruction *visitSRem(BinaryOperator &I);
 156   Instruction *visitFRem(BinaryOperator &I);
 157   bool SimplifyDivRemOfSelect(BinaryOperator &I);
 158   Instruction *commonRemTransforms(BinaryOperator &I);
 159   Instruction *commonIRemTransforms(BinaryOperator &I);
 160   Instruction *commonDivTransforms(BinaryOperator &I);
 161   Instruction *commonIDivTransforms(BinaryOperator &I);
 162   Instruction *visitUDiv(BinaryOperator &I);
 163   Instruction *visitSDiv(BinaryOperator &I);
 164   Instruction *visitFDiv(BinaryOperator &I);
 165   Value *FoldAndOfICmps(ICmpInst *LHS, ICmpInst *RHS);
 166   Value *FoldAndOfFCmps(FCmpInst *LHS, FCmpInst *RHS);
 167   Instruction *visitAnd(BinaryOperator &I);
 168   Value *FoldOrOfICmps(ICmpInst *LHS, ICmpInst *RHS, Instruction *CxtI);
 169   Value *FoldOrOfFCmps(FCmpInst *LHS, FCmpInst *RHS);
 170   Instruction *FoldOrWithConstants(BinaryOperator &I, Value *Op, Value *A,
 171                                    Value *B, Value *C);
 172   Instruction *FoldXorWithConstants(BinaryOperator &I, Value *Op, Value *A,
 173                                     Value *B, Value *C);
 174   Instruction *visitOr(BinaryOperator &I);
 175   Instruction *visitXor(BinaryOperator &I);
 176   Instruction *visitShl(BinaryOperator &I);
 177   Instruction *visitAShr(BinaryOperator &I);
 178   Instruction *visitLShr(BinaryOperator &I);
 179   Instruction *commonShiftTransforms(BinaryOperator &I);
 180   Instruction *FoldFCmp_IntToFP_Cst(FCmpInst &I, Instruction *LHSI,
 181                                     Constant *RHSC);
 182   Instruction *FoldCmpLoadFromIndexedGlobal(GetElementPtrInst *GEP,
 183                                             GlobalVariable *GV, CmpInst &ICI,
 184                                             ConstantInt *AndCst = nullptr);
 185   Instruction *visitFCmpInst(FCmpInst &I);
 186   Instruction *visitICmpInst(ICmpInst &I);
 187   Instruction *visitICmpInstWithCastAndCast(ICmpInst &ICI);
 188   Instruction *visitICmpInstWithInstAndIntCst(ICmpInst &ICI, Instruction *LHS,
 189                                               ConstantInt *RHS);
 190   Instruction *FoldICmpDivCst(ICmpInst &ICI, BinaryOperator *DivI,
 191                               ConstantInt *DivRHS);
 192   Instruction *FoldICmpShrCst(ICmpInst &ICI, BinaryOperator *DivI,
 193                               ConstantInt *DivRHS);
 194   Instruction *FoldICmpCstShrCst(ICmpInst &I, Value *Op, Value *A,
 195                                  ConstantInt *CI1, ConstantInt *CI2);
 196   Instruction *FoldICmpAddOpCst(Instruction &ICI, Value *X, ConstantInt *CI,
 197                                 ICmpInst::Predicate Pred);
 198   Instruction *FoldGEPICmp(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
 199                            ICmpInst::Predicate Cond, Instruction &I);
 200   Instruction *FoldShiftByConstant(Value *Op0, Constant *Op1,
 201                                    BinaryOperator &I);
 202   Instruction *commonCastTransforms(CastInst &CI);
 203   Instruction *commonPointerCastTransforms(CastInst &CI);
 204   Instruction *visitTrunc(TruncInst &CI);
 205   Instruction *visitZExt(ZExtInst &CI);
 206   Instruction *visitSExt(SExtInst &CI);
 207   Instruction *visitFPTrunc(FPTruncInst &CI);
 208   Instruction *visitFPExt(CastInst &CI);
 209   Instruction *visitFPToUI(FPToUIInst &FI);
 210   Instruction *visitFPToSI(FPToSIInst &FI);
 211   Instruction *visitUIToFP(CastInst &CI);
 212   Instruction *visitSIToFP(CastInst &CI);
 213   Instruction *visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI);
 214   Instruction *visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI);
 215   Instruction *visitBitCast(BitCastInst &CI);
 216   Instruction *visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI);
 217   Instruction *FoldSelectOpOp(SelectInst &SI, Instruction *TI, Instruction *FI);
 218   Instruction *FoldSelectIntoOp(SelectInst &SI, Value *, Value *);
 219   Instruction *FoldSPFofSPF(Instruction *Inner, SelectPatternFlavor SPF1,
 220                             Value *A, Value *B, Instruction &Outer,
 221                             SelectPatternFlavor SPF2, Value *C);
 222   Instruction *visitSelectInst(SelectInst &SI);
 223   Instruction *visitSelectInstWithICmp(SelectInst &SI, ICmpInst *ICI);
 224   Instruction *visitCallInst(CallInst &CI);
 225   Instruction *visitInvokeInst(InvokeInst &II);
 226
 227   Instruction *SliceUpIllegalIntegerPHI(PHINode &PN);
 228   Instruction *visitPHINode(PHINode &PN);
 229   Instruction *visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
 230   Instruction *visitAllocaInst(AllocaInst &AI);
 231   Instruction *visitAllocSite(Instruction &FI);
 232   Instruction *visitFree(CallInst &FI);
 233   Instruction *visitLoadInst(LoadInst &LI);
 234   Instruction *visitStoreInst(StoreInst &SI);
 235   Instruction *visitBranchInst(BranchInst &BI);
 236   Instruction *visitSwitchInst(SwitchInst &SI);
 237   Instruction *visitReturnInst(ReturnInst &RI);
 238   Instruction *visitInsertValueInst(InsertValueInst &IV);
 239   Instruction *visitInsertElementInst(InsertElementInst &IE);
 240   Instruction *visitExtractElementInst(ExtractElementInst &EI);
 241   Instruction *visitShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst &SVI);
 242   Instruction *visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV);
 243   Instruction *visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI);
 244
 245   // visitInstruction - Specify what to return for unhandled instructions...
 246   Instruction *visitInstruction(Instruction &I) { return nullptr; }
 247   bool dominatesAllUses(const Instruction *DI, const Instruction *UI,
 248                         const BasicBlock *DB) const;
 249   bool replacedSelectWithOperand(SelectInst *SI, const ICmpInst *Icmp,
 250                                  const ConstantInt *CI1,
 251                                  const ConstantInt *CI2);
 252
 253 private:
 254   bool ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const;
 255   Value *dyn_castNegVal(Value *V) const;
 256   Value *dyn_castFNegVal(Value *V, bool NoSignedZero = false) const;
 257   Type *FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
 258                             SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices);
 259   Instruction *FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI);
 260
 261   /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 262   /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 263   /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 264   /// to do the simplification first.
 265   bool ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opcode, const Value *V,
 266                           Type *Ty);
 267
 268   Instruction *visitCallSite(CallSite CS);
 269   Instruction *tryOptimizeCall(CallInst *CI, const DataLayout *DL);
 270   bool transformConstExprCastCall(CallSite CS);
 271   Instruction *transformCallThroughTrampoline(CallSite CS,
 272                                               IntrinsicInst *Tramp);
 273   Instruction *transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 274                                  bool DoXform = true);
 275   Instruction *transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI);
 276   bool WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS, Instruction *CxtI);
 277   bool WillNotOverflowUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS, Instruction *CxtI);
 278   bool WillNotOverflowSignedSub(Value *LHS, Value *RHS, Instruction *CxtI);
 279   bool WillNotOverflowUnsignedSub(Value *LHS, Value *RHS, Instruction *CxtI);
 280   Value *EmitGEPOffset(User *GEP);
 281   Instruction *scalarizePHI(ExtractElementInst &EI, PHINode *PN);
 282   Value *EvaluateInDifferentElementOrder(Value *V, ArrayRef<int> Mask);
 283
 284 public:
 285   // InsertNewInstBefore - insert an instruction New before instruction Old
 286   // in the program.  Add the new instruction to the worklist.
 287   //
 288   Instruction *InsertNewInstBefore(Instruction *New, Instruction &Old) {
 289     assert(New && !New->getParent() &&
 290            "New instruction already inserted into a basic block!");
 291     BasicBlock *BB = Old.getParent();
 292     BB->getInstList().insert(&Old, New); // Insert inst
 293     Worklist.Add(New);
 294     return New;
 295   }
 296
 297   // InsertNewInstWith - same as InsertNewInstBefore, but also sets the
 298   // debug loc.
 299   //
 300   Instruction *InsertNewInstWith(Instruction *New, Instruction &Old) {
 301     New->setDebugLoc(Old.getDebugLoc());
 302     return InsertNewInstBefore(New, Old);
 303   }
 304
 305   // ReplaceInstUsesWith - This method is to be used when an instruction is
 306   // found to be dead, replacable with another preexisting expression.  Here
 307   // we add all uses of I to the worklist, replace all uses of I with the new
 308   // value, then return I, so that the inst combiner will know that I was
 309   // modified.
 310   //
 311   Instruction *ReplaceInstUsesWith(Instruction &I, Value *V) {
 312     Worklist.AddUsersToWorkList(I); // Add all modified instrs to worklist.
 313
 314     // If we are replacing the instruction with itself, this must be in a
 315     // segment of unreachable code, so just clobber the instruction.
 316     if (&I == V)
 317       V = UndefValue::get(I.getType());
 318
 319     DEBUG(dbgs() << "IC: Replacing " << I << "\n"
 320                     "    with " << *V << '\n');
 321
 322     I.replaceAllUsesWith(V);
 323     return &I;
 324   }
 325
 326   // EraseInstFromFunction - When dealing with an instruction that has side
 327   // effects or produces a void value, we can't rely on DCE to delete the
 328   // instruction.  Instead, visit methods should return the value returned by
 329   // this function.
 330   Instruction *EraseInstFromFunction(Instruction &I) {
 331     DEBUG(dbgs() << "IC: ERASE " << I << '\n');
 332
 333     assert(I.use_empty() && "Cannot erase instruction that is used!");
 334     // Make sure that we reprocess all operands now that we reduced their
 335     // use counts.
 336     if (I.getNumOperands() < 8) {
 337       for (User::op_iterator i = I.op_begin(), e = I.op_end(); i != e; ++i)
 338         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(*i))
 339           Worklist.Add(Op);
 340     }
 341     Worklist.Remove(&I);
 342     I.eraseFromParent();
 343     MadeIRChange = true;
 344     return nullptr; // Don't do anything with FI
 345   }
 346
 347   void computeKnownBits(Value *V, APInt &KnownZero, APInt &KnownOne,
 348                         unsigned Depth = 0, Instruction *CxtI = nullptr) const {
 349     return llvm::computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, Depth,
 350                                   AT, CxtI, DT);
 351   }
 352
 353   bool MaskedValueIsZero(Value *V, const APInt &Mask,
 354                          unsigned Depth = 0,
 355                          Instruction *CxtI = nullptr) const {
 356     return llvm::MaskedValueIsZero(V, Mask, DL, Depth, AT, CxtI, DT);
 357   }
 358   unsigned ComputeNumSignBits(Value *Op, unsigned Depth = 0,
 359                               Instruction *CxtI = nullptr) const {
 360     return llvm::ComputeNumSignBits(Op, DL, Depth, AT, CxtI, DT);
 361   }
 362
 363 private:
 364   /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
 365   /// operators which are associative or commutative.
 366   bool SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I);
 367
 368   /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
 369   /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
 370   /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
 371   /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
 372   /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
 373   Value *SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I);
 374
 375   /// SimplifyDemandedUseBits - Attempts to replace V with a simpler value
 376   /// based on the demanded bits.
 377   Value *SimplifyDemandedUseBits(Value *V, APInt DemandedMask, APInt &KnownZero,
 378                                  APInt &KnownOne, unsigned Depth,
 379                                  Instruction *CxtI = nullptr);
 380   bool SimplifyDemandedBits(Use &U, APInt DemandedMask, APInt &KnownZero,
 381                             APInt &KnownOne, unsigned Depth = 0);
 382   /// Helper routine of SimplifyDemandedUseBits. It tries to simplify demanded
 383   /// bit for "r1 = shr x, c1; r2 = shl r1, c2" instruction sequence.
 384   Value *SimplifyShrShlDemandedBits(Instruction *Lsr, Instruction *Sftl,
 385                                     APInt DemandedMask, APInt &KnownZero,
 386                                     APInt &KnownOne);
 387
 388   /// SimplifyDemandedInstructionBits - Inst is an integer instruction that
 389   /// SimplifyDemandedBits knows about.  See if the instruction has any
 390   /// properties that allow us to simplify its operands.
 391   bool SimplifyDemandedInstructionBits(Instruction &Inst);
 392
 393   Value *SimplifyDemandedVectorElts(Value *V, APInt DemandedElts,
 394                                     APInt &UndefElts, unsigned Depth = 0);
 395
 396   Value *SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst);
 397
 398   // FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select
 399   // which has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction
 400   // into the PHI (which is only possible if all operands to the PHI are
 401   // constants).
 402   //
 403   Instruction *FoldOpIntoPhi(Instruction &I);
 404
 405   // FoldPHIArgOpIntoPHI - If all operands to a PHI node are the same "unary"
 406   // operator and they all are only used by the PHI, PHI together their
 407   // inputs, and do the operation once, to the result of the PHI.
 408   Instruction *FoldPHIArgOpIntoPHI(PHINode &PN);
 409   Instruction *FoldPHIArgBinOpIntoPHI(PHINode &PN);
 410   Instruction *FoldPHIArgGEPIntoPHI(PHINode &PN);
 411   Instruction *FoldPHIArgLoadIntoPHI(PHINode &PN);
 412
 413   Instruction *OptAndOp(Instruction *Op, ConstantInt *OpRHS,
 414                         ConstantInt *AndRHS, BinaryOperator &TheAnd);
 415
 416   Value *FoldLogicalPlusAnd(Value *LHS, Value *RHS, ConstantInt *Mask,
 417                             bool isSub, Instruction &I);
 418   Value *InsertRangeTest(Value *V, Constant *Lo, Constant *Hi, bool isSigned,
 419                          bool Inside);
 420   Instruction *PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI, AllocaInst &AI);
 421   Instruction *MatchBSwap(BinaryOperator &I);
 422   bool SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI);
 423   Instruction *SimplifyMemTransfer(MemIntrinsic *MI);
 424   Instruction *SimplifyMemSet(MemSetInst *MI);
 425
 426   Value *EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty, bool isSigned);
 427
 428   /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
 429   /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
 430   Value *Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap);
 431 };
 432
 433 } // end namespace llvm.
 434
 435 #undef DEBUG_TYPE
 436
 437 #endif