lib/Transforms/InstCombine/InstCombineAddSub.cpp

   1 //===- InstCombineAddSub.cpp ----------------------------------------------===//
   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 file implements the visit functions for add, fadd, sub, and fsub.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  18 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
  19 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  20 using namespace llvm;
  21 using namespace PatternMatch;
  22
  23 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  24
  25 namespace {
  26
  27   /// Class representing coefficient of floating-point addend.
  28   /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
  29   /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
  30   /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
  31   /// perform write-merging).
  32   ///
  33   class FAddendCoef {
  34   public:
  35     // The constructor has to initialize a APFloat, which is unnecessary for
  36     // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
  37     // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
  38     // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
  39     // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
  40     //
  41     FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
  42     ~FAddendCoef();
  43
  44     void set(short C) {
  45       assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
  46       IsFp = false; IntVal = C;
  47     }
  48
  49     void set(const APFloat& C);
  50
  51     void negate();
  52
  53     bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
  54     Value *getValue(Type *) const;
  55
  56     // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
  57     // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
  58     void operator=(const FAddendCoef &A);
  59     void operator+=(const FAddendCoef &A);
  60     void operator-=(const FAddendCoef &A);
  61     void operator*=(const FAddendCoef &S);
  62
  63     bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
  64     bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
  65     bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
  66     bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
  67
  68   private:
  69     bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
  70     APFloat *getFpValPtr(void)
  71       { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  72     const APFloat *getFpValPtr(void) const
  73       { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  74
  75     const APFloat &getFpVal(void) const {
  76       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  77       return *getFpValPtr();
  78     }
  79
  80     APFloat &getFpVal(void) {
  81       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  82       return *getFpValPtr();
  83     }
  84
  85     bool isInt() const { return !IsFp; }
  86
  87     // If the coefficient is represented by an integer, promote it to a
  88     // floating point.
  89     void convertToFpType(const fltSemantics &Sem);
  90
  91     // Construct an APFloat from a signed integer.
  92     // TODO: We should get rid of this function when APFloat can be constructed
  93     //       from an *SIGNED* integer.
  94     APFloat createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val);
  95   private:
  96
  97     bool IsFp;
  98
  99     // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
 100     bool BufHasFpVal;
 101
 102     // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
 103     // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
 104     // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
 105     // is overkill of this end.
 106     short IntVal;
 107
 108     AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
 109   };
 110
 111   /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
 112   /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
 113   /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
 114   ///
 115   class FAddend {
 116   public:
 117     FAddend() { Val = nullptr; }
 118
 119     Value *getSymVal (void) const { return Val; }
 120     const FAddendCoef &getCoef(void) const { return Coeff; }
 121
 122     bool isConstant() const { return Val == nullptr; }
 123     bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
 124
 125     void set(short Coefficient, Value *V) { Coeff.set(Coefficient), Val = V; }
 126     void set(const APFloat& Coefficient, Value *V)
 127       { Coeff.set(Coefficient); Val = V; }
 128     void set(const ConstantFP* Coefficient, Value *V)
 129       { Coeff.set(Coefficient->getValueAPF()); Val = V; }
 130
 131     void negate() { Coeff.negate(); }
 132
 133     /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
 134     /// try to break the definition into one or two addends.
 135     static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
 136
 137     /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
 138     /// splitted is the addend itself.
 139     unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
 140
 141     void operator+=(const FAddend &T) {
 142       assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
 143       Coeff += T.Coeff;
 144     }
 145
 146   private:
 147     void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
 148
 149     // This addend has the value of "Coeff * Val".
 150     Value *Val;
 151     FAddendCoef Coeff;
 152   };
 153
 154   /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
 155   /// with its neighboring at most two instructions.
 156   ///
 157   class FAddCombine {
 158   public:
 159     FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(nullptr) {}
 160     Value *simplify(Instruction *FAdd);
 161
 162   private:
 163     typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
 164
 165     Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
 166
 167     Value *performFactorization(Instruction *I);
 168
 169     /// Convert given addend to a Value
 170     Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
 171
 172     /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
 173     unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
 174     Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 175     Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 176     Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 177     Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 178     Value *createFNeg(Value *V);
 179     Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
 180     void createInstPostProc(Instruction *NewInst, bool NoNumber = false);
 181
 182     InstCombiner::BuilderTy *Builder;
 183     Instruction *Instr;
 184
 185   private:
 186      // Debugging stuff are clustered here.
 187     #ifndef NDEBUG
 188       unsigned CreateInstrNum;
 189       void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
 190       void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
 191     #else
 192       void initCreateInstNum() {}
 193       void incCreateInstNum() {}
 194     #endif
 195   };
 196 }
 197
 198 //===----------------------------------------------------------------------===//
 199 //
 200 // Implementation of
 201 //    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
 202 //
 203 //===----------------------------------------------------------------------===//
 204 FAddendCoef::~FAddendCoef() {
 205   if (BufHasFpVal)
 206     getFpValPtr()->~APFloat();
 207 }
 208
 209 void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
 210   APFloat *P = getFpValPtr();
 211
 212   if (isInt()) {
 213     // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
 214     // APFloat::operator=().
 215     new(P) APFloat(C);
 216   } else
 217     *P = C;
 218
 219   IsFp = BufHasFpVal = true;
 220 }
 221
 222 void FAddendCoef::convertToFpType(const fltSemantics &Sem) {
 223   if (!isInt())
 224     return;
 225
 226   APFloat *P = getFpValPtr();
 227   if (IntVal > 0)
 228     new(P) APFloat(Sem, IntVal);
 229   else {
 230     new(P) APFloat(Sem, 0 - IntVal);
 231     P->changeSign();
 232   }
 233   IsFp = BufHasFpVal = true;
 234 }
 235
 236 APFloat FAddendCoef::createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val) {
 237   if (Val >= 0)
 238     return APFloat(Sem, Val);
 239
 240   APFloat T(Sem, 0 - Val);
 241   T.changeSign();
 242
 243   return T;
 244 }
 245
 246 void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef &That) {
 247   if (That.isInt())
 248     set(That.IntVal);
 249   else
 250     set(That.getFpVal());
 251 }
 252
 253 void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
 254   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 255   if (isInt() == That.isInt()) {
 256     if (isInt())
 257       IntVal += That.IntVal;
 258     else
 259       getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
 260     return;
 261   }
 262
 263   if (isInt()) {
 264     const APFloat &T = That.getFpVal();
 265     convertToFpType(T.getSemantics());
 266     getFpVal().add(T, RndMode);
 267     return;
 268   }
 269
 270   APFloat &T = getFpVal();
 271   T.add(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
 272 }
 273
 274 void FAddendCoef::operator-=(const FAddendCoef &That) {
 275   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 276   if (isInt() == That.isInt()) {
 277     if (isInt())
 278       IntVal -= That.IntVal;
 279     else
 280       getFpVal().subtract(That.getFpVal(), RndMode);
 281     return;
 282   }
 283
 284   if (isInt()) {
 285     const APFloat &T = That.getFpVal();
 286     convertToFpType(T.getSemantics());
 287     getFpVal().subtract(T, RndMode);
 288     return;
 289   }
 290
 291   APFloat &T = getFpVal();
 292   T.subtract(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 293 }
 294
 295 void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
 296   if (That.isOne())
 297     return;
 298
 299   if (That.isMinusOne()) {
 300     negate();
 301     return;
 302   }
 303
 304   if (isInt() && That.isInt()) {
 305     int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
 306     assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
 307     IntVal = Res;
 308     return;
 309   }
 310
 311   const fltSemantics &Semantic =
 312     isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
 313
 314   if (isInt())
 315     convertToFpType(Semantic);
 316   APFloat &F0 = getFpVal();
 317
 318   if (That.isInt())
 319     F0.multiply(createAPFloatFromInt(Semantic, That.IntVal),
 320                 APFloat::rmNearestTiesToEven);
 321   else
 322     F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 323
 324   return;
 325 }
 326
 327 void FAddendCoef::negate() {
 328   if (isInt())
 329     IntVal = 0 - IntVal;
 330   else
 331     getFpVal().changeSign();
 332 }
 333
 334 Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
 335   return isInt() ?
 336     ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
 337     ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
 338 }
 339
 340 // The definition of <Val>     Addends
 341 // =========================================
 342 //  A + B                     <1, A>, <1,B>
 343 //  A - B                     <1, A>, <1,B>
 344 //  0 - B                     <-1, B>
 345 //  C * A,                    <C, A>
 346 //  A + C                     <1, A> <C, NULL>
 347 //  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
 348 //
 349 // Legend: A and B are not constant, C is constant
 350 //
 351 unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
 352   (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
 353   Instruction *I = nullptr;
 354   if (!Val || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
 355     return 0;
 356
 357   unsigned Opcode = I->getOpcode();
 358
 359   if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
 360     ConstantFP *C0, *C1;
 361     Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
 362     Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
 363     if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
 364       Opnd0 = nullptr;
 365
 366     if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
 367       Opnd1 = nullptr;
 368
 369     if (Opnd0) {
 370       if (!C0)
 371         Addend0.set(1, Opnd0);
 372       else
 373         Addend0.set(C0, nullptr);
 374     }
 375
 376     if (Opnd1) {
 377       FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
 378       if (!C1)
 379         Addend.set(1, Opnd1);
 380       else
 381         Addend.set(C1, nullptr);
 382       if (Opcode == Instruction::FSub)
 383         Addend.negate();
 384     }
 385
 386     if (Opnd0 || Opnd1)
 387       return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
 388
 389     // Both operands are zero. Weird!
 390     Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), nullptr);
 391     return 1;
 392   }
 393
 394   if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 395     Value *V0 = I->getOperand(0);
 396     Value *V1 = I->getOperand(1);
 397     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
 398       Addend0.set(C, V1);
 399       return 1;
 400     }
 401
 402     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
 403       Addend0.set(C, V0);
 404       return 1;
 405     }
 406   }
 407
 408   return 0;
 409 }
 410
 411 // Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
 412 // <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
 413 // i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
 414 //
 415 unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
 416   (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
 417   if (isConstant())
 418     return 0;
 419
 420   unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
 421   if (!BreakNum || Coeff.isOne())
 422     return BreakNum;
 423
 424   Addend0.Scale(Coeff);
 425
 426   if (BreakNum == 2)
 427     Addend1.Scale(Coeff);
 428
 429   return BreakNum;
 430 }
 431
 432 // Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
 433 // simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
 434 //
 435 //   Instruction "I" is                Simplified into
 436 // -------------------------------------------------------
 437 //   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
 438 //   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
 439 //
 440 Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
 441   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 442           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 443
 444   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
 445   Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
 446
 447   if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
 448     return nullptr;
 449
 450   bool isMpy = false;
 451   if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
 452     isMpy = true;
 453   else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
 454     return nullptr;
 455
 456   Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
 457   Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
 458   Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
 459   Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
 460
 461   //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
 462   //  ----------------------------------------------
 463   // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
 464   // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
 465   //
 466   Value *Factor = nullptr;
 467   Value *AddSub0 = nullptr, *AddSub1 = nullptr;
 468
 469   if (isMpy) {
 470     if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
 471       Factor = Opnd0_0;
 472     else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
 473       Factor = Opnd0_1;
 474
 475     if (Factor) {
 476       AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
 477       AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
 478     }
 479   } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
 480     Factor = Opnd0_1;
 481     AddSub0 = Opnd0_0;
 482     AddSub1 = Opnd1_0;
 483   }
 484
 485   if (!Factor)
 486     return nullptr;
 487
 488   FastMathFlags Flags;
 489   Flags.setUnsafeAlgebra();
 490   if (I0) Flags &= I->getFastMathFlags();
 491   if (I1) Flags &= I->getFastMathFlags();
 492
 493   // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
 494   Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
 495                       createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
 496                       createFSub(AddSub0, AddSub1);
 497   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
 498     const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
 499     if (!F.isNormal())
 500       return nullptr;
 501   } else if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(NewAddSub))
 502     II->setFastMathFlags(Flags);
 503
 504   if (isMpy) {
 505     Value *RI = createFMul(Factor, NewAddSub);
 506     if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
 507       II->setFastMathFlags(Flags);
 508     return RI;
 509   }
 510
 511   Value *RI = createFDiv(NewAddSub, Factor);
 512   if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
 513     II->setFastMathFlags(Flags);
 514   return RI;
 515 }
 516
 517 Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
 518   assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
 519
 520   // Currently we are not able to handle vector type.
 521   if (I->getType()->isVectorTy())
 522     return nullptr;
 523
 524   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 525           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 526
 527   // Save the instruction before calling other member-functions.
 528   Instr = I;
 529
 530   FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
 531
 532   unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
 533
 534   // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
 535   unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
 536   unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
 537
 538   if (!Opnd0.isConstant())
 539     Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
 540
 541   // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
 542   if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
 543     Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
 544
 545   // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
 546   if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
 547     AddendVect AllOpnds;
 548     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 549     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 550     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 551       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 552     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 553       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 554
 555     // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
 556     unsigned InstQuota = 0;
 557
 558     Value *V0 = I->getOperand(0);
 559     Value *V1 = I->getOperand(1);
 560     InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
 561                  (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
 562
 563     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
 564       return R;
 565   }
 566
 567   if (OpndNum != 2) {
 568     // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
 569     // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
 570     // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
 571     //
 572     const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
 573     return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : nullptr;
 574   }
 575
 576   // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
 577   if (Opnd1_ExpNum) {
 578     AddendVect AllOpnds;
 579     AllOpnds.push_back(&Opnd0);
 580     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 581     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 582       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 583
 584     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 585       return R;
 586   }
 587
 588   // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
 589   if (Opnd0_ExpNum) {
 590     AddendVect AllOpnds;
 591     AllOpnds.push_back(&Opnd1);
 592     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 593     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 594       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 595
 596     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 597       return R;
 598   }
 599
 600   // step 6: Try factorization as the last resort,
 601   return performFactorization(I);
 602 }
 603
 604 Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
 605
 606   unsigned AddendNum = Addends.size();
 607   assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
 608
 609   // For saving intermediate results;
 610   unsigned NextTmpIdx = 0;
 611   FAddend TmpResult[3];
 612
 613   // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
 614   // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
 615   // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
 616   // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
 617   // opportunities in super-expr(s).
 618   //
 619   const FAddend *ConstAdd = nullptr;
 620
 621   // Simplified addends are placed <SimpVect>.
 622   AddendVect SimpVect;
 623
 624   // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
 625   // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
 626   // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
 627   //
 628   for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
 629
 630     const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
 631     if (!ThisAddend) {
 632       // This addend was processed before.
 633       continue;
 634     }
 635
 636     Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
 637     unsigned StartIdx = SimpVect.size();
 638     SimpVect.push_back(ThisAddend);
 639
 640     // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
 641     // addends will be later on folded into a single addend. Following above
 642     // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
 643     // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
 644     // be later on folded into "<b1+b2, y>".
 645     //
 646     for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
 647          SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
 648       const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
 649       if (T && T->getSymVal() == Val) {
 650         // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
 651         // this addend again.
 652         Addends[SameSymIdx] = nullptr;
 653         SimpVect.push_back(T);
 654       }
 655     }
 656
 657     // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
 658     if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
 659       FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
 660       R = *SimpVect[StartIdx];
 661       for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
 662         R += *SimpVect[Idx];
 663
 664       // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
 665       SimpVect.resize(StartIdx);
 666       if (Val) {
 667         if (!R.isZero()) {
 668           SimpVect.push_back(&R);
 669         }
 670       } else {
 671         // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
 672         // of <SimpVect>.
 673         ConstAdd = &R;
 674       }
 675     }
 676   }
 677
 678   assert((NextTmpIdx <= array_lengthof(TmpResult) + 1) &&
 679          "out-of-bound access");
 680
 681   if (ConstAdd)
 682     SimpVect.push_back(ConstAdd);
 683
 684   Value *Result;
 685   if (!SimpVect.empty())
 686     Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
 687   else {
 688     // The addition is folded to 0.0.
 689     Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
 690   }
 691
 692   return Result;
 693 }
 694
 695 Value *FAddCombine::createNaryFAdd
 696   (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
 697   assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
 698
 699   // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
 700   //
 701   unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
 702   if (InstrNeeded > InstrQuota)
 703     return nullptr;
 704
 705   initCreateInstNum();
 706
 707   // step 2: Emit the N-ary addition.
 708   // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
 709   // addition in question, and at most two neighboring instructions.
 710   // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
 711   // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
 712   // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
 713   // about tree-height when constructing the N-ary addition.
 714
 715   Value *LastVal = nullptr;
 716   bool LastValNeedNeg = false;
 717
 718   // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
 719   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 720        I != E; I++) {
 721     bool NeedNeg;
 722     Value *V = createAddendVal(**I, NeedNeg);
 723     if (!LastVal) {
 724       LastVal = V;
 725       LastValNeedNeg = NeedNeg;
 726       continue;
 727     }
 728
 729     if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
 730       LastVal = createFAdd(LastVal, V);
 731       continue;
 732     }
 733
 734     if (LastValNeedNeg)
 735       LastVal = createFSub(V, LastVal);
 736     else
 737       LastVal = createFSub(LastVal, V);
 738
 739     LastValNeedNeg = false;
 740   }
 741
 742   if (LastValNeedNeg) {
 743     LastVal = createFNeg(LastVal);
 744   }
 745
 746   #ifndef NDEBUG
 747     assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
 748            "Inconsistent in instruction numbers");
 749   #endif
 750
 751   return LastVal;
 752 }
 753
 754 Value *FAddCombine::createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 755   Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
 756   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 757     createInstPostProc(I);
 758   return V;
 759 }
 760
 761 Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
 762   Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::get(V->getType(), 0.0));
 763   Value *NewV = createFSub(Zero, V);
 764   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(NewV))
 765     createInstPostProc(I, true); // fneg's don't receive instruction numbers.
 766   return NewV;
 767 }
 768
 769 Value *FAddCombine::createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 770   Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
 771   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 772     createInstPostProc(I);
 773   return V;
 774 }
 775
 776 Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 777   Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
 778   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 779     createInstPostProc(I);
 780   return V;
 781 }
 782
 783 Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 784   Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
 785   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 786     createInstPostProc(I);
 787   return V;
 788 }
 789
 790 void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr, bool NoNumber) {
 791   NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
 792
 793   // Keep track of the number of instruction created.
 794   if (!NoNumber)
 795     incCreateInstNum();
 796
 797   // Propagate fast-math flags
 798   NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
 799 }
 800
 801 // Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
 802 // NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
 803 unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
 804   unsigned OpndNum = Opnds.size();
 805   unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
 806
 807   // The number of addends in the form of "(-1)*x".
 808   unsigned NegOpndNum = 0;
 809
 810   // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
 811   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 812        I != E; I++) {
 813     const FAddend *Opnd = *I;
 814     if (Opnd->isConstant())
 815       continue;
 816
 817     const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
 818     if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
 819       NegOpndNum++;
 820
 821     // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
 822     // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
 823     // to evaluate the value.
 824     if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
 825       InstrNeeded++;
 826   }
 827   if (NegOpndNum == OpndNum)
 828     InstrNeeded++;
 829   return InstrNeeded;
 830 }
 831
 832 // Input Addend        Value           NeedNeg(output)
 833 // ================================================================
 834 // Constant C          C               false
 835 // <+/-1, V>           V               coefficient is -1
 836 // <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
 837 // <C, V>             "fmul V, C"      false
 838 //
 839 // NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
 840 Value *FAddCombine::createAddendVal(const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
 841   const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
 842
 843   if (Opnd.isConstant()) {
 844     NeedNeg = false;
 845     return Coeff.getValue(Instr->getType());
 846   }
 847
 848   Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
 849
 850   if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
 851     NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
 852     return OpndVal;
 853   }
 854
 855   if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
 856     NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
 857     return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
 858   }
 859
 860   NeedNeg = false;
 861   return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
 862 }
 863
 864 // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other
 865 // operand has a known-zero bit in a more significant place than it (not
 866 // including the sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but
 867 // won't change the sign. For example, (X & ~4) + 1.
 868 static bool checkRippleForAdd(const APInt &Op0KnownZero,
 869                               const APInt &Op1KnownZero) {
 870   APInt Op1MaybeOne = ~Op1KnownZero;
 871   // Make sure that one of the operand has at most one bit set to 1.
 872   if (Op1MaybeOne.countPopulation() != 1)
 873     return false;
 874
 875   // Find the most significant known 0 other than the sign bit.
 876   int BitWidth = Op0KnownZero.getBitWidth();
 877   APInt Op0KnownZeroTemp(Op0KnownZero);
 878   Op0KnownZeroTemp.clearBit(BitWidth - 1);
 879   int Op0ZeroPosition = BitWidth - Op0KnownZeroTemp.countLeadingZeros() - 1;
 880
 881   int Op1OnePosition = BitWidth - Op1MaybeOne.countLeadingZeros() - 1;
 882   assert(Op1OnePosition >= 0);
 883
 884   // This also covers the case of no known zero, since in that case
 885   // Op0ZeroPosition is -1.
 886   return Op0ZeroPosition >= Op1OnePosition;
 887 }
 888
 889 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
 890 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 891 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 892 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 893 /// TODO: Handle this for Vectors.
 894 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
 895                                             Instruction *CxtI) {
 896   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
 897   // ones.
 898
 899   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
 900   // like
 901   //
 902   // XX..... +
 903   // YY.....
 904   //
 905   // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
 906   // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
 907   //
 908   // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
 909   // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
 910   //
 911   // Since the carry into the most significant position is always equal to
 912   // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
 913   if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, CxtI) > 1 &&
 914       ComputeNumSignBits(RHS, 0, CxtI) > 1)
 915     return true;
 916
 917   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(LHS->getType())) {
 918     int BitWidth = IT->getBitWidth();
 919     APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
 920     APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
 921     computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, CxtI);
 922
 923     APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
 924     APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
 925     computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, CxtI);
 926
 927     // Addition of two 2's compliment numbers having opposite signs will never
 928     // overflow.
 929     if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]) ||
 930         (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]))
 931       return true;
 932
 933     // Check if carry bit of addition will not cause overflow.
 934     if (checkRippleForAdd(LHSKnownZero, RHSKnownZero))
 935       return true;
 936     if (checkRippleForAdd(RHSKnownZero, LHSKnownZero))
 937       return true;
 938   }
 939   return false;
 940 }
 941
 942 /// WillNotOverflowUnsignedAdd - Return true if we can prove that:
 943 ///    (zext (add LHS, RHS))  === (add (zext LHS), (zext RHS))
 944 bool InstCombiner::WillNotOverflowUnsignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
 945                                               Instruction *CxtI) {
 946   // There are different heuristics we can use for this. Here is a simple one.
 947   // If the sign bit of LHS and that of RHS are both zero, no unsigned wrap.
 948   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
 949   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
 950   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
 951   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
 952   if (LHSKnownNonNegative && RHSKnownNonNegative)
 953     return true;
 954
 955   return false;
 956 }
 957
 958 /// \brief Return true if we can prove that:
 959 ///    (sub LHS, RHS)  === (sub nsw LHS, RHS)
 960 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 961 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 962 /// TODO: Handle this for Vectors.
 963 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
 964                                             Instruction *CxtI) {
 965   // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the subtraction
 966   // cannot overflow.
 967   if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, CxtI) > 1 &&
 968       ComputeNumSignBits(RHS, 0, CxtI) > 1)
 969     return true;
 970
 971   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(LHS->getType())) {
 972     unsigned BitWidth = IT->getBitWidth();
 973     APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
 974     APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
 975     computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, CxtI);
 976
 977     APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
 978     APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
 979     computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, CxtI);
 980
 981     // Subtraction of two 2's compliment numbers having identical signs will
 982     // never overflow.
 983     if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]) ||
 984         (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]))
 985       return true;
 986
 987     // TODO: implement logic similar to checkRippleForAdd
 988   }
 989   return false;
 990 }
 991
 992 /// \brief Return true if we can prove that:
 993 ///    (sub LHS, RHS)  === (sub nuw LHS, RHS)
 994 bool InstCombiner::WillNotOverflowUnsignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
 995                                               Instruction *CxtI) {
 996   // If the LHS is negative and the RHS is non-negative, no unsigned wrap.
 997   bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
 998   bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
 999   ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
1000   ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
1001   if (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)
1002     return true;
1003
1004   return false;
1005 }
1006
1007 /// \brief Return true if we can prove that:
1008 ///    (mul LHS, RHS)  === (mul nsw LHS, RHS)
1009 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedMul(Value *LHS, Value *RHS,
1010                                             Instruction *CxtI) {
1011   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(LHS->getType())) {
1012
1013     // Multiplying n * m significant bits yields a result of n + m significant
1014     // bits. If the total number of significant bits does not exceed the
1015     // result bit width (minus 1), there is no overflow.
1016     // This means if we have enough leading sign bits in the operands
1017     // we can guarantee that the result does not overflow.
1018     // Ref: "Hacker's Delight" by Henry Warren
1019     unsigned BitWidth = IT->getBitWidth();
1020
1021     // Note that underestimating the number of sign bits gives a more
1022     // conservative answer.
1023     unsigned SignBits = ComputeNumSignBits(LHS, 0, CxtI) +
1024                         ComputeNumSignBits(RHS, 0, CxtI);
1025
1026     // First handle the easy case: if we have enough sign bits there's
1027     // definitely no overflow.
1028     if (SignBits > BitWidth + 1)
1029       return true;
1030
1031     // There are two ambiguous cases where there can be no overflow:
1032     //   SignBits == BitWidth + 1    and
1033     //   SignBits == BitWidth
1034     // The second case is difficult to check, therefore we only handle the
1035     // first case.
1036     if (SignBits == BitWidth + 1) {
1037       // It overflows only when both arguments are negative and the true
1038       // product is exactly the minimum negative number.
1039       // E.g. mul i16 with 17 sign bits: 0xff00 * 0xff80 = 0x8000
1040       // For simplicity we just check if at least one side is not negative.
1041       bool LHSNonNegative, LHSNegative;
1042       bool RHSNonNegative, RHSNegative;
1043       ComputeSignBit(LHS, LHSNonNegative, LHSNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
1044       ComputeSignBit(RHS, RHSNonNegative, RHSNegative, DL, 0, AT, CxtI, DT);
1045       if (LHSNonNegative || RHSNonNegative)
1046         return true;
1047     }
1048   }
1049   return false;
1050 }
1051
1052 // Checks if any operand is negative and we can convert add to sub.
1053 // This function checks for following negative patterns
1054 //   ADD(XOR(OR(Z, NOT(C)), C)), 1) == NEG(AND(Z, C))
1055 //   ADD(XOR(AND(Z, C), C), 1) == NEG(OR(Z, ~C))
1056 //   XOR(AND(Z, C), (C + 1)) == NEG(OR(Z, ~C)) if C is even
1057 static Value *checkForNegativeOperand(BinaryOperator &I,
1058                                       InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
1059   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1060
1061   // This function creates 2 instructions to replace ADD, we need at least one
1062   // of LHS or RHS to have one use to ensure benefit in transform.
1063   if (!LHS->hasOneUse() && !RHS->hasOneUse())
1064     return nullptr;
1065
1066   Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
1067   const APInt *C1 = nullptr, *C2 = nullptr;
1068
1069   // if ONE is on other side, swap
1070   if (match(RHS, m_Add(m_Value(X), m_One())))
1071     std::swap(LHS, RHS);
1072
1073   if (match(LHS, m_Add(m_Value(X), m_One()))) {
1074     // if XOR on other side, swap
1075     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
1076       std::swap(X, RHS);
1077
1078     if (match(X, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1)))) {
1079       // X = XOR(Y, C1), Y = OR(Z, C2), C2 = NOT(C1) ==> X == NOT(AND(Z, C1))
1080       // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, AND(Z, C1))
1081       if (match(Y, m_Or(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C2 == ~(*C1))) {
1082         Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(Z, *C1);
1083         return Builder->CreateSub(RHS, NewAnd, "sub");
1084       } else if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C1 == *C2)) {
1085         // X = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C2 == C1 ==> X == NOT(OR(Z, ~C1))
1086         // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, OR(Z, ~C1))
1087         Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C1));
1088         return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
1089       }
1090     }
1091   }
1092
1093   // Restore LHS and RHS
1094   LHS = I.getOperand(0);
1095   RHS = I.getOperand(1);
1096
1097   // if XOR is on other side, swap
1098   if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
1099     std::swap(LHS, RHS);
1100
1101   // C2 is ODD
1102   // LHS = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C1 == (C2 + 1) => LHS == NEG(OR(Z, ~C2))
1103   // ADD(LHS, RHS) == SUB(RHS, OR(Z, ~C2))
1104   if (match(LHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
1105     if (C1->countTrailingZeros() == 0)
1106       if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && *C1 == (*C2 + 1)) {
1107         Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C2));
1108         return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
1109       }
1110   return nullptr;
1111 }
1112
1113 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
1114    bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1115    Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1116
1117    if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1118      return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1119
1120    if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
1121                                   I.hasNoUnsignedWrap(), DL, TLI, DT, AT))
1122      return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1123
1124    // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
1125   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1126     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1127
1128   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1129     // X + (signbit) --> X ^ signbit
1130     const APInt &Val = CI->getValue();
1131     if (Val.isSignBit())
1132       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
1133
1134     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
1135     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
1136     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1137       return &I;
1138
1139     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
1140     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
1141       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
1142         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
1143
1144     Value *XorLHS = nullptr; ConstantInt *XorRHS = nullptr;
1145     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
1146       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
1147       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
1148       unsigned ExtendAmt = 0;
1149       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
1150       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
1151       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
1152         if (RHSVal.isPowerOf2())
1153           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
1154         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
1155           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
1156       }
1157
1158       if (ExtendAmt) {
1159         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
1160         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask, 0, &I))
1161           ExtendAmt = 0;
1162       }
1163
1164       if (ExtendAmt) {
1165         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
1166         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
1167         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
1168       }
1169
1170       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
1171       // a sub and fuse this add with it.
1172       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
1173         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
1174         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1175         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1176         computeKnownBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &I);
1177         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
1178           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
1179                                            XorLHS);
1180       }
1181       // (X + signbit) + C could have gotten canonicalized to (X ^ signbit) + C,
1182       // transform them into (X + (signbit ^ C))
1183       if (XorRHS->getValue().isSignBit())
1184           return BinaryOperator::CreateAdd(XorLHS,
1185                                            ConstantExpr::getXor(XorRHS, CI));
1186     }
1187   }
1188
1189   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
1190     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1191       return NV;
1192
1193   if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1194     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
1195
1196   // X + X --> X << 1
1197   if (LHS == RHS) {
1198     BinaryOperator *New =
1199       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
1200     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1201     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1202     return New;
1203   }
1204
1205   // -A + B  -->  B - A
1206   // -A + -B  -->  -(A + B)
1207   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
1208     if (!isa<Constant>(RHS))
1209       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
1210         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
1211         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
1212       }
1213
1214     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
1215   }
1216
1217   // A + -B  -->  A - B
1218   if (!isa<Constant>(RHS))
1219     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
1220       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
1221
1222   if (Value *V = checkForNegativeOperand(I, Builder))
1223     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1224
1225   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
1226   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
1227     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1228     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1229     computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &I);
1230     if (LHSKnownZero != 0) {
1231       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1232       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1233       computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &I);
1234
1235       // No bits in common -> bitwise or.
1236       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
1237         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1238     }
1239   }
1240
1241   if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
1242     Value *X;
1243     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X)))) // ~X + C --> (C-1) - X
1244       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
1245   }
1246
1247   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1248     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
1249     Value *X;
1250     ConstantInt *C2;
1251     if (LHS->hasOneUse() &&
1252         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
1253         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
1254       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
1255       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
1256       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
1257
1258       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
1259       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
1260
1261       // See if the and mask includes all of these bits.
1262       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
1263
1264       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
1265         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
1266         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
1267         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
1268       }
1269     }
1270
1271     // Try to fold constant add into select arguments.
1272     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1273       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1274         return R;
1275   }
1276
1277   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
1278   {
1279     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
1280     Value *A = RHS;
1281     if (!SI) {
1282       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
1283       A = LHS;
1284     }
1285     if (SI && SI->hasOneUse()) {
1286       Value *TV = SI->getTrueValue();
1287       Value *FV = SI->getFalseValue();
1288       Value *N;
1289
1290       // Can we fold the add into the argument of the select?
1291       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
1292       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1293         // Fold the add into the true select value.
1294         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
1295
1296       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1297         // Fold the add into the false select value.
1298         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
1299     }
1300   }
1301
1302   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
1303   // integer add followed by a sext.
1304   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
1305     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
1306     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1307       Constant *CI =
1308         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1309       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1310           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1311           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, &I)) {
1312         // Insert the new, smaller add.
1313         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1314                                               CI, "addconv");
1315         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1316       }
1317     }
1318
1319     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
1320     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
1321       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1322       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
1323       // integer add will not overflow.
1324       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1325           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1326           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1327                                    RHSConv->getOperand(0), &I)) {
1328         // Insert the new integer add.
1329         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1330                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1331         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1332       }
1333     }
1334   }
1335
1336   // (add (xor A, B) (and A, B)) --> (or A, B)
1337   {
1338     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1339     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1340         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1341          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1342       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1343
1344     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1345         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1346          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1347       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1348   }
1349
1350   // (add (or A, B) (and A, B)) --> (add A, B)
1351   {
1352     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1353     if (match(RHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1354         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1355          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A))))) {
1356       auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
1357       New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1358       New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1359       return New;
1360     }
1361
1362     if (match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1363         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1364          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A))))) {
1365       auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
1366       New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1367       New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1368       return New;
1369     }
1370   }
1371
1372   // TODO(jingyue): Consider WillNotOverflowSignedAdd and
1373   // WillNotOverflowUnsignedAdd to reduce the number of invocations of
1374   // computeKnownBits.
1375   if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, &I)) {
1376     Changed = true;
1377     I.setHasNoSignedWrap(true);
1378   }
1379   if (!I.hasNoUnsignedWrap() && WillNotOverflowUnsignedAdd(LHS, RHS, &I)) {
1380     Changed = true;
1381     I.setHasNoUnsignedWrap(true);
1382   }
1383
1384   return Changed ? &I : nullptr;
1385 }
1386
1387 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
1388   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1389   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1390
1391   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1392     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1393
1394   if (Value *V = SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), DL,
1395                                   TLI, DT, AT))
1396     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1397
1398   if (isa<Constant>(RHS)) {
1399     if (isa<PHINode>(LHS))
1400       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1401         return NV;
1402
1403     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1404       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1405         return NV;
1406   }
1407
1408   // -A + B  -->  B - A
1409   // -A + -B  -->  -(A + B)
1410   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS)) {
1411     Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
1412     RI->copyFastMathFlags(&I);
1413     return RI;
1414   }
1415
1416   // A + -B  -->  A - B
1417   if (!isa<Constant>(RHS))
1418     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS)) {
1419       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
1420       RI->copyFastMathFlags(&I);
1421       return RI;
1422     }
1423
1424   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
1425   // integer add followed by a promotion.
1426   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
1427     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
1428     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
1429     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
1430     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
1431     // instcombined.
1432     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
1433       Constant *CI =
1434       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1435       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1436           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
1437           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, &I)) {
1438         // Insert the new integer add.
1439         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1440                                               CI, "addconv");
1441         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1442       }
1443     }
1444
1445     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
1446     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
1447       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1448       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
1449       // and if the integer add will not overflow.
1450       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1451           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1452           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1453                                    RHSConv->getOperand(0), &I)) {
1454         // Insert the new integer add.
1455         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1456                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
1457         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1458       }
1459     }
1460   }
1461
1462   // select C, 0, B + select C, A, 0 -> select C, A, B
1463   {
1464     Value *A1, *B1, *C1, *A2, *B2, *C2;
1465     if (match(LHS, m_Select(m_Value(C1), m_Value(A1), m_Value(B1))) &&
1466         match(RHS, m_Select(m_Value(C2), m_Value(A2), m_Value(B2)))) {
1467       if (C1 == C2) {
1468         Constant *Z1=nullptr, *Z2=nullptr;
1469         Value *A, *B, *C=C1;
1470         if (match(A1, m_AnyZero()) && match(B2, m_AnyZero())) {
1471             Z1 = dyn_cast<Constant>(A1); A = A2;
1472             Z2 = dyn_cast<Constant>(B2); B = B1;
1473         } else if (match(B1, m_AnyZero()) && match(A2, m_AnyZero())) {
1474             Z1 = dyn_cast<Constant>(B1); B = B2;
1475             Z2 = dyn_cast<Constant>(A2); A = A1;
1476         }
1477
1478         if (Z1 && Z2 &&
1479             (I.hasNoSignedZeros() ||
1480              (Z1->isNegativeZeroValue() && Z2->isNegativeZeroValue()))) {
1481           return SelectInst::Create(C, A, B);
1482         }
1483       }
1484     }
1485   }
1486
1487   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1488     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1489       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1490   }
1491
1492   return Changed ? &I : nullptr;
1493 }
1494
1495
1496 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1497 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
1498 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
1499 ///
1500 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
1501                                                Type *Ty) {
1502   assert(DL && "Must have target data info for this");
1503
1504   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
1505   // this.
1506   bool Swapped = false;
1507   GEPOperator *GEP1 = nullptr, *GEP2 = nullptr;
1508
1509   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
1510   // GEP derived from it.
1511   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1512     // (gep X, ...) - X
1513     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
1514       GEP1 = LHSGEP;
1515       Swapped = false;
1516     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1517       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1518       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1519             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1520         GEP2 = RHSGEP;
1521         GEP1 = LHSGEP;
1522         Swapped = false;
1523       }
1524     }
1525   }
1526
1527   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1528     // X - (gep X, ...)
1529     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
1530       GEP1 = RHSGEP;
1531       Swapped = true;
1532     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1533       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1534       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1535             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1536         GEP2 = LHSGEP;
1537         GEP1 = RHSGEP;
1538         Swapped = true;
1539       }
1540     }
1541   }
1542
1543   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
1544   // multiple users.
1545   if (!GEP1 ||
1546       (GEP2 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
1547     return nullptr;
1548
1549   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
1550   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
1551
1552   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
1553   // pointer, subtract it from the offset we have.
1554   if (GEP2) {
1555     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
1556     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
1557   }
1558
1559   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
1560   if (Swapped)
1561     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
1562
1563   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
1564 }
1565
1566 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
1567   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1568
1569   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1570     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1571
1572   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
1573                                  I.hasNoUnsignedWrap(), DL, TLI, DT, AT))
1574     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1575
1576   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
1577   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1578     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1579
1580   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.
1581   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
1582     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
1583
1584     if (const auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1)) {
1585       assert(BO->getOpcode() == Instruction::Sub &&
1586              "Expected a subtraction operator!");
1587       if (BO->hasNoSignedWrap() && I.hasNoSignedWrap())
1588         Res->setHasNoSignedWrap(true);
1589     } else {
1590       if (cast<Constant>(Op1)->isNotMinSignedValue() && I.hasNoSignedWrap())
1591         Res->setHasNoSignedWrap(true);
1592     }
1593
1594     return Res;
1595   }
1596
1597   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
1598     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
1599
1600   // Replace (-1 - A) with (~A).
1601   if (match(Op0, m_AllOnes()))
1602     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
1603
1604   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
1605     // C - ~X == X + (1+C)
1606     Value *X = nullptr;
1607     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
1608       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
1609
1610     // Try to fold constant sub into select arguments.
1611     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1612       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1613         return R;
1614
1615     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
1616     Constant *C2;
1617     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_Constant(C2))))
1618       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
1619
1620     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1621       return &I;
1622
1623     // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
1624     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
1625       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1626         return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1627
1628     // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
1629     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
1630       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1631         return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1632   }
1633
1634   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
1635     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
1636     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
1637     if (C->isZero()) {
1638       Value *X;
1639       ConstantInt *CI;
1640       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1641           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1642           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits() - 1)
1643         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
1644
1645       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1646           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1647           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits() - 1)
1648         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
1649     }
1650   }
1651
1652
1653   {
1654     Value *Y;
1655     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
1656     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
1657         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
1658       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1659
1660     // (X-Y)-X == -Y
1661     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1662       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1663   }
1664
1665   // (sub (or A, B) (xor A, B)) --> (and A, B)
1666   {
1667     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
1668     if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1669         (match(Op0, m_Or(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1670          match(Op0, m_Or(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1671       return BinaryOperator::CreateAnd(A, B);
1672   }
1673
1674   if (Op0->hasOneUse()) {
1675     Value *Y = nullptr;
1676     // ((X | Y) - X) --> (~X & Y)
1677     if (match(Op0, m_Or(m_Value(Y), m_Specific(Op1))) ||
1678         match(Op0, m_Or(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1679       return BinaryOperator::CreateAnd(
1680           Y, Builder->CreateNot(Op1, Op1->getName() + ".not"));
1681   }
1682
1683   if (Op1->hasOneUse()) {
1684     Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
1685     Constant *C = nullptr;
1686     Constant *CI = nullptr;
1687
1688     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
1689     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
1690       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
1691                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
1692
1693     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
1694     //
1695     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
1696         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
1697       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
1698                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
1699
1700     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)  provided the negation doesn't overflow.
1701     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) && match(Op0, m_Zero()) &&
1702         C->isNotMinSignedValue() && !C->isOneValue())
1703       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
1704
1705     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
1706     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
1707       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
1708         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
1709
1710     // X - A*-B -> X + A*B
1711     // X - -A*B -> X + A*B
1712     Value *A, *B;
1713     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
1714         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
1715       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
1716
1717     // X - A*CI -> X + A*-CI
1718     // X - CI*A -> X + A*-CI
1719     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Constant(CI))) ||
1720         match(Op1, m_Mul(m_Constant(CI), m_Value(A)))) {
1721       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
1722       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
1723     }
1724   }
1725
1726   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1727   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
1728   if (DL) {
1729     Value *LHSOp, *RHSOp;
1730     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
1731         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
1732       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1733         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1734
1735     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
1736     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
1737         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
1738       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1739         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1740       }
1741
1742   bool Changed = false;
1743   if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedSub(Op0, Op1, &I)) {
1744     Changed = true;
1745     I.setHasNoSignedWrap(true);
1746   }
1747   if (!I.hasNoUnsignedWrap() && WillNotOverflowUnsignedSub(Op0, Op1, &I)) {
1748     Changed = true;
1749     I.setHasNoUnsignedWrap(true);
1750   }
1751
1752   return Changed ? &I : nullptr;
1753 }
1754
1755 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
1756   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1757
1758   if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
1759     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1760
1761   if (Value *V = SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), DL,
1762                                   TLI, DT, AT))
1763     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1764
1765   if (isa<Constant>(Op0))
1766     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1767       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1768         return NV;
1769
1770   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A, potentially looking
1771   // through FP extensions/truncations along the way.
1772   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1)) {
1773     Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
1774     NewI->copyFastMathFlags(&I);
1775     return NewI;
1776   }
1777   if (FPTruncInst *FPTI = dyn_cast<FPTruncInst>(Op1)) {
1778     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPTI->getOperand(0))) {
1779       Value *NewTrunc = Builder->CreateFPTrunc(V, I.getType());
1780       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewTrunc);
1781       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1782       return NewI;
1783     }
1784   } else if (FPExtInst *FPEI = dyn_cast<FPExtInst>(Op1)) {
1785     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPEI->getOperand(0))) {
1786       Value *NewExt = Builder->CreateFPExt(V, I.getType());
1787       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewExt);
1788       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1789       return NewI;
1790     }
1791   }
1792
1793   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1794     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1795       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1796   }
1797
1798   return nullptr;
1799 }