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/Analysis/InstructionSimplify.h"
  16 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 namespace {
  23
  24   /// Class representing coefficient of floating-point addend.
  25   /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
  26   /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
  27   /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
  28   /// perform write-merging).
  29   ///
  30   class FAddendCoef {
  31   public:
  32     // The constructor has to initialize a APFloat, which is uncessary for
  33     // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
  34     // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
  35     // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
  36     // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
  37     //
  38     FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
  39     ~FAddendCoef();
  40
  41     void set(short C) {
  42       assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
  43       IsFp = false; IntVal = C;
  44     }
  45
  46     void set(const APFloat& C);
  47
  48     void negate();
  49
  50     bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
  51     Value *getValue(Type *) const;
  52
  53     // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
  54     // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
  55     void operator=(const FAddendCoef &A);
  56     void operator+=(const FAddendCoef &A);
  57     void operator-=(const FAddendCoef &A);
  58     void operator*=(const FAddendCoef &S);
  59
  60     bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
  61     bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
  62     bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
  63     bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
  64
  65   private:
  66     bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
  67     APFloat *getFpValPtr(void)
  68       { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  69     const APFloat *getFpValPtr(void) const
  70       { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  71
  72     const APFloat &getFpVal(void) const {
  73       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  74       return *getFpValPtr();
  75     }
  76
  77     APFloat &getFpVal(void) {
  78       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  79       return *getFpValPtr();
  80     }
  81
  82     bool isInt() const { return !IsFp; }
  83
  84     // If the coefficient is represented by an integer, promote it to a
  85     // floating point.
  86     void convertToFpType(const fltSemantics &Sem);
  87
  88     // Construct an APFloat from a signed integer.
  89     // TODO: We should get rid of this function when APFloat can be constructed
  90     //       from an *SIGNED* integer.
  91     APFloat createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val);
  92   private:
  93
  94     bool IsFp;
  95
  96     // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
  97     bool BufHasFpVal;
  98
  99     // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
 100     // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
 101     // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
 102     // is overkill of this end.
 103     short IntVal;
 104
 105     AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
 106   };
 107
 108   /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
 109   /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
 110   /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
 111   ///
 112   class FAddend {
 113   public:
 114     FAddend() { Val = 0; }
 115
 116     Value *getSymVal (void) const { return Val; }
 117     const FAddendCoef &getCoef(void) const { return Coeff; }
 118
 119     bool isConstant() const { return Val == 0; }
 120     bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
 121
 122     void set(short Coefficient, Value *V) { Coeff.set(Coefficient), Val = V; }
 123     void set(const APFloat& Coefficient, Value *V)
 124       { Coeff.set(Coefficient); Val = V; }
 125     void set(const ConstantFP* Coefficient, Value *V)
 126       { Coeff.set(Coefficient->getValueAPF()); Val = V; }
 127
 128     void negate() { Coeff.negate(); }
 129
 130     /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
 131     /// try to break the definition into one or two addends.
 132     static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
 133
 134     /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
 135     /// splitted is the addend itself.
 136     unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
 137
 138     void operator+=(const FAddend &T) {
 139       assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
 140       Coeff += T.Coeff;
 141     }
 142
 143   private:
 144     void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
 145
 146     // This addend has the value of "Coeff * Val".
 147     Value *Val;
 148     FAddendCoef Coeff;
 149   };
 150
 151   /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
 152   /// with its neighboring at most two instructions.
 153   ///
 154   class FAddCombine {
 155   public:
 156     FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(0) {}
 157     Value *simplify(Instruction *FAdd);
 158
 159   private:
 160     typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
 161
 162     Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
 163
 164     Value *performFactorization(Instruction *I);
 165
 166     /// Convert given addend to a Value
 167     Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
 168
 169     /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
 170     unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
 171     Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 172     Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 173     Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 174     Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 175     Value *createFNeg(Value *V);
 176     Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
 177     void createInstPostProc(Instruction *NewInst);
 178
 179     InstCombiner::BuilderTy *Builder;
 180     Instruction *Instr;
 181
 182   private:
 183      // Debugging stuff are clustered here.
 184     #ifndef NDEBUG
 185       unsigned CreateInstrNum;
 186       void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
 187       void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
 188     #else
 189       void initCreateInstNum() {}
 190       void incCreateInstNum() {}
 191     #endif
 192   };
 193 }
 194
 195 //===----------------------------------------------------------------------===//
 196 //
 197 // Implementation of
 198 //    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
 199 //
 200 //===----------------------------------------------------------------------===//
 201 FAddendCoef::~FAddendCoef() {
 202   if (BufHasFpVal)
 203     getFpValPtr()->~APFloat();
 204 }
 205
 206 void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
 207   APFloat *P = getFpValPtr();
 208
 209   if (isInt()) {
 210     // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
 211     // APFloat::operator=().
 212     new(P) APFloat(C);
 213   } else
 214     *P = C;
 215
 216   IsFp = BufHasFpVal = true;
 217 }
 218
 219 void FAddendCoef::convertToFpType(const fltSemantics &Sem) {
 220   if (!isInt())
 221     return;
 222
 223   APFloat *P = getFpValPtr();
 224   if (IntVal > 0)
 225     new(P) APFloat(Sem, IntVal);
 226   else {
 227     new(P) APFloat(Sem, 0 - IntVal);
 228     P->changeSign();
 229   }
 230   IsFp = BufHasFpVal = true;
 231 }
 232
 233 APFloat FAddendCoef::createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val) {
 234   if (Val >= 0)
 235     return APFloat(Sem, Val);
 236
 237   APFloat T(Sem, 0 - Val);
 238   T.changeSign();
 239
 240   return T;
 241 }
 242
 243 void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef &That) {
 244   if (That.isInt())
 245     set(That.IntVal);
 246   else
 247     set(That.getFpVal());
 248 }
 249
 250 void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
 251   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 252   if (isInt() == That.isInt()) {
 253     if (isInt())
 254       IntVal += That.IntVal;
 255     else
 256       getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
 257     return;
 258   }
 259
 260   if (isInt()) {
 261     const APFloat &T = That.getFpVal();
 262     convertToFpType(T.getSemantics());
 263     getFpVal().add(T, RndMode);
 264     return;
 265   }
 266
 267   APFloat &T = getFpVal();
 268   T.add(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
 269 }
 270
 271 void FAddendCoef::operator-=(const FAddendCoef &That) {
 272   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 273   if (isInt() == That.isInt()) {
 274     if (isInt())
 275       IntVal -= That.IntVal;
 276     else
 277       getFpVal().subtract(That.getFpVal(), RndMode);
 278     return;
 279   }
 280
 281   if (isInt()) {
 282     const APFloat &T = That.getFpVal();
 283     convertToFpType(T.getSemantics());
 284     getFpVal().subtract(T, RndMode);
 285     return;
 286   }
 287
 288   APFloat &T = getFpVal();
 289   T.subtract(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 290 }
 291
 292 void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
 293   if (That.isOne())
 294     return;
 295
 296   if (That.isMinusOne()) {
 297     negate();
 298     return;
 299   }
 300
 301   if (isInt() && That.isInt()) {
 302     int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
 303     assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
 304     IntVal = Res;
 305     return;
 306   }
 307
 308   const fltSemantics &Semantic =
 309     isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
 310
 311   if (isInt())
 312     convertToFpType(Semantic);
 313   APFloat &F0 = getFpVal();
 314
 315   if (That.isInt())
 316     F0.multiply(createAPFloatFromInt(Semantic, That.IntVal),
 317                 APFloat::rmNearestTiesToEven);
 318   else
 319     F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 320
 321   return;
 322 }
 323
 324 void FAddendCoef::negate() {
 325   if (isInt())
 326     IntVal = 0 - IntVal;
 327   else
 328     getFpVal().changeSign();
 329 }
 330
 331 Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
 332   return isInt() ?
 333     ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
 334     ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
 335 }
 336
 337 // The definition of <Val>     Addends
 338 // =========================================
 339 //  A + B                     <1, A>, <1,B>
 340 //  A - B                     <1, A>, <1,B>
 341 //  0 - B                     <-1, B>
 342 //  C * A,                    <C, A>
 343 //  A + C                     <1, A> <C, NULL>
 344 //  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
 345 //
 346 // Legend: A and B are not constant, C is constant
 347 //
 348 unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
 349   (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
 350   Instruction *I = 0;
 351   if (Val == 0 || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
 352     return 0;
 353
 354   unsigned Opcode = I->getOpcode();
 355
 356   if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
 357     ConstantFP *C0, *C1;
 358     Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
 359     Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
 360     if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
 361       Opnd0 = 0;
 362
 363     if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
 364       Opnd1 = 0;
 365
 366     if (Opnd0) {
 367       if (!C0)
 368         Addend0.set(1, Opnd0);
 369       else
 370         Addend0.set(C0, 0);
 371     }
 372
 373     if (Opnd1) {
 374       FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
 375       if (!C1)
 376         Addend.set(1, Opnd1);
 377       else
 378         Addend.set(C1, 0);
 379       if (Opcode == Instruction::FSub)
 380         Addend.negate();
 381     }
 382
 383     if (Opnd0 || Opnd1)
 384       return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
 385
 386     // Both operands are zero. Weird!
 387     Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), 0);
 388     return 1;
 389   }
 390
 391   if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 392     Value *V0 = I->getOperand(0);
 393     Value *V1 = I->getOperand(1);
 394     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
 395       Addend0.set(C, V1);
 396       return 1;
 397     }
 398
 399     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
 400       Addend0.set(C, V0);
 401       return 1;
 402     }
 403   }
 404
 405   return 0;
 406 }
 407
 408 // Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
 409 // <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
 410 // i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
 411 //
 412 unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
 413   (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
 414   if (isConstant())
 415     return 0;
 416
 417   unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
 418   if (!BreakNum || Coeff.isOne())
 419     return BreakNum;
 420
 421   Addend0.Scale(Coeff);
 422
 423   if (BreakNum == 2)
 424     Addend1.Scale(Coeff);
 425
 426   return BreakNum;
 427 }
 428
 429 // Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
 430 // simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
 431 //
 432 //   Instruction "I" is                Simplified into
 433 // -------------------------------------------------------
 434 //   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
 435 //   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
 436 //
 437 Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
 438   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 439           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 440
 441   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
 442   Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
 443
 444   if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
 445     return 0;
 446
 447   bool isMpy = false;
 448   if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
 449     isMpy = true;
 450   else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
 451     return 0;
 452
 453   Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
 454   Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
 455   Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
 456   Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
 457
 458   //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
 459   //  ----------------------------------------------
 460   // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
 461   // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
 462   //
 463   Value *Factor = 0;
 464   Value *AddSub0 = 0, *AddSub1 = 0;
 465
 466   if (isMpy) {
 467     if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
 468       Factor = Opnd0_0;
 469     else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
 470       Factor = Opnd0_1;
 471
 472     if (Factor) {
 473       AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
 474       AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
 475     }
 476   } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
 477     Factor = Opnd0_1;
 478     AddSub0 = Opnd0_0;
 479     AddSub1 = Opnd1_0;
 480   }
 481
 482   if (!Factor)
 483     return 0;
 484
 485   // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
 486   Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
 487                       createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
 488                       createFSub(AddSub0, AddSub1);
 489   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
 490     const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
 491     if (!F.isNormal() || F.isDenormal())
 492       return 0;
 493   }
 494
 495   if (isMpy)
 496     return createFMul(Factor, NewAddSub);
 497
 498   return createFDiv(NewAddSub, Factor);
 499 }
 500
 501 Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
 502   assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
 503
 504   // Currently we are not able to handle vector type.
 505   if (I->getType()->isVectorTy())
 506     return 0;
 507
 508   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 509           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 510
 511   // Save the instruction before calling other member-functions.
 512   Instr = I;
 513
 514   FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
 515
 516   unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
 517
 518   // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
 519   unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
 520   unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
 521
 522   if (!Opnd0.isConstant())
 523     Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
 524
 525   // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
 526   if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
 527     Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
 528
 529   // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
 530   if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
 531     AddendVect AllOpnds;
 532     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 533     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 534     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 535       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 536     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 537       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 538
 539     // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
 540     unsigned InstQuota = 0;
 541
 542     Value *V0 = I->getOperand(0);
 543     Value *V1 = I->getOperand(1);
 544     InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
 545                  (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
 546
 547     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
 548       return R;
 549   }
 550
 551   if (OpndNum != 2) {
 552     // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
 553     // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
 554     // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
 555     //
 556     const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
 557     return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : 0;
 558   }
 559
 560   // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
 561   if (Opnd1_ExpNum) {
 562     AddendVect AllOpnds;
 563     AllOpnds.push_back(&Opnd0);
 564     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 565     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 566       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 567
 568     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 569       return R;
 570   }
 571
 572   // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
 573   if (Opnd0_ExpNum) {
 574     AddendVect AllOpnds;
 575     AllOpnds.push_back(&Opnd1);
 576     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 577     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 578       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 579
 580     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 581       return R;
 582   }
 583
 584   // step 6: Try factorization as the last resort,
 585   return performFactorization(I);
 586 }
 587
 588 Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
 589
 590   unsigned AddendNum = Addends.size();
 591   assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
 592
 593   // For saving intermediate results;
 594   unsigned NextTmpIdx = 0;
 595   FAddend TmpResult[3];
 596
 597   // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
 598   // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
 599   // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
 600   // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
 601   // opportunities in super-expr(s).
 602   //
 603   const FAddend *ConstAdd = 0;
 604
 605   // Simplified addends are placed <SimpVect>.
 606   AddendVect SimpVect;
 607
 608   // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
 609   // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
 610   // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
 611   //
 612   for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
 613
 614     const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
 615     if (!ThisAddend) {
 616       // This addend was processed before.
 617       continue;
 618     }
 619
 620     Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
 621     unsigned StartIdx = SimpVect.size();
 622     SimpVect.push_back(ThisAddend);
 623
 624     // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
 625     // addends will be later on folded into a single addend. Following above
 626     // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
 627     // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
 628     // be later on folded into "<b1+b2, y>".
 629     //
 630     for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
 631          SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
 632       const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
 633       if (T && T->getSymVal() == Val) {
 634         // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
 635         // this addend again.
 636         Addends[SameSymIdx] = 0;
 637         SimpVect.push_back(T);
 638       }
 639     }
 640
 641     // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
 642     if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
 643       FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
 644       R = *SimpVect[StartIdx];
 645       for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
 646         R += *SimpVect[Idx];
 647
 648       // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
 649       SimpVect.resize(StartIdx);
 650       if (Val != 0) {
 651         if (!R.isZero()) {
 652           SimpVect.push_back(&R);
 653         }
 654       } else {
 655         // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
 656         // of <SimpVect>.
 657         ConstAdd = &R;
 658       }
 659     }
 660   }
 661
 662   assert((NextTmpIdx <= sizeof(TmpResult)/sizeof(TmpResult[0]) + 1) &&
 663          "out-of-bound access");
 664
 665   if (ConstAdd)
 666     SimpVect.push_back(ConstAdd);
 667
 668   Value *Result;
 669   if (!SimpVect.empty())
 670     Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
 671   else {
 672     // The addition is folded to 0.0.
 673     Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
 674   }
 675
 676   return Result;
 677 }
 678
 679 Value *FAddCombine::createNaryFAdd
 680   (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
 681   assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
 682
 683   // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
 684   //
 685   unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
 686   if (InstrNeeded > InstrQuota)
 687     return 0;
 688
 689   initCreateInstNum();
 690
 691   // step 2: Emit the N-ary addition.
 692   // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
 693   // addition in question, and at most two neighboring instructions.
 694   // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
 695   // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
 696   // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
 697   // about tree-height when constructing the N-ary addition.
 698
 699   Value *LastVal = 0;
 700   bool LastValNeedNeg = false;
 701
 702   // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
 703   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 704        I != E; I++) {
 705     bool NeedNeg;
 706     Value *V = createAddendVal(**I, NeedNeg);
 707     if (!LastVal) {
 708       LastVal = V;
 709       LastValNeedNeg = NeedNeg;
 710       continue;
 711     }
 712
 713     if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
 714       LastVal = createFAdd(LastVal, V);
 715       continue;
 716     }
 717
 718     if (LastValNeedNeg)
 719       LastVal = createFSub(V, LastVal);
 720     else
 721       LastVal = createFSub(LastVal, V);
 722
 723     LastValNeedNeg = false;
 724   }
 725
 726   if (LastValNeedNeg) {
 727     LastVal = createFNeg(LastVal);
 728   }
 729
 730   #ifndef NDEBUG
 731     assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
 732            "Inconsistent in instruction numbers");
 733   #endif
 734
 735   return LastVal;
 736 }
 737
 738 Value *FAddCombine::createFSub
 739   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 740   Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
 741   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 742     createInstPostProc(I);
 743   return V;
 744 }
 745
 746 Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
 747   Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::get(V->getType(), 0.0));
 748   return createFSub(Zero, V);
 749 }
 750
 751 Value *FAddCombine::createFAdd
 752   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 753   Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
 754   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 755     createInstPostProc(I);
 756   return V;
 757 }
 758
 759 Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 760   Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
 761   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 762     createInstPostProc(I);
 763   return V;
 764 }
 765
 766 Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 767   Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
 768   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 769     createInstPostProc(I);
 770   return V;
 771 }
 772
 773 void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr) {
 774   NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
 775
 776   // Keep track of the number of instruction created.
 777   incCreateInstNum();
 778
 779   // Propagate fast-math flags
 780   NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
 781 }
 782
 783 // Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
 784 // NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
 785 unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
 786   unsigned OpndNum = Opnds.size();
 787   unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
 788
 789   // The number of addends in the form of "(-1)*x".
 790   unsigned NegOpndNum = 0;
 791
 792   // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
 793   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 794        I != E; I++) {
 795     const FAddend *Opnd = *I;
 796     if (Opnd->isConstant())
 797       continue;
 798
 799     const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
 800     if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
 801       NegOpndNum++;
 802
 803     // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
 804     // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
 805     // to evaluate the value.
 806     if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
 807       InstrNeeded++;
 808   }
 809   if (NegOpndNum == OpndNum)
 810     InstrNeeded++;
 811   return InstrNeeded;
 812 }
 813
 814 // Input Addend        Value           NeedNeg(output)
 815 // ================================================================
 816 // Constant C          C               false
 817 // <+/-1, V>           V               coefficient is -1
 818 // <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
 819 // <C, V>             "fmul V, C"      false
 820 //
 821 // NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
 822 Value *FAddCombine::createAddendVal
 823   (const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
 824   const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
 825
 826   if (Opnd.isConstant()) {
 827     NeedNeg = false;
 828     return Coeff.getValue(Instr->getType());
 829   }
 830
 831   Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
 832
 833   if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
 834     NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
 835     return OpndVal;
 836   }
 837
 838   if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
 839     NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
 840     return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
 841   }
 842
 843   NeedNeg = false;
 844   return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
 845 }
 846
 847 /// AddOne - Add one to a ConstantInt.
 848 static Constant *AddOne(Constant *C) {
 849   return ConstantExpr::getAdd(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
 850 }
 851
 852 /// SubOne - Subtract one from a ConstantInt.
 853 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
 854   return ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue()-1);
 855 }
 856
 857
 858 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
 859 // other computations (because it has a constant operand), return the
 860 // non-constant operand of the multiply, and set CST to point to the multiplier.
 861 // Otherwise, return null.
 862 //
 863 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V, ConstantInt *&CST) {
 864   if (!V->hasOneUse() || !V->getType()->isIntegerTy())
 865     return 0;
 866
 867   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 868   if (I == 0) return 0;
 869
 870   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
 871     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))))
 872       return I->getOperand(0);
 873   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl)
 874     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))) {
 875       // The multiplier is really 1 << CST.
 876       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
 877       uint32_t CSTVal = CST->getLimitedValue(BitWidth);
 878       CST = ConstantInt::get(V->getType()->getContext(),
 879                              APInt(BitWidth, 1).shl(CSTVal));
 880       return I->getOperand(0);
 881     }
 882   return 0;
 883 }
 884
 885
 886 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
 887 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 888 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 889 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 890 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS) {
 891   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
 892   // ones.
 893
 894   // Add has the property that adding any two 2's complement numbers can only
 895   // have one carry bit which can change a sign.  As such, if LHS and RHS each
 896   // have at least two sign bits, we know that the addition of the two values
 897   // will sign extend fine.
 898   if (ComputeNumSignBits(LHS) > 1 && ComputeNumSignBits(RHS) > 1)
 899     return true;
 900
 901
 902   // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other operand
 903   // has a known-zero bit in a more significant place than it (not including the
 904   // sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but won't change the
 905   // sign.  For example, (X & ~4) + 1.
 906
 907   // TODO: Implement.
 908
 909   return false;
 910 }
 911
 912 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
 913   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 914   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 915
 916   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
 917                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
 918     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 919
 920   // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
 921   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 922     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 923
 924   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 925     // X + (signbit) --> X ^ signbit
 926     const APInt &Val = CI->getValue();
 927     if (Val.isSignBit())
 928       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 929
 930     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
 931     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
 932     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 933       return &I;
 934
 935     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
 936     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
 937       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
 938         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
 939
 940     Value *XorLHS = 0; ConstantInt *XorRHS = 0;
 941     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
 942       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
 943       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
 944       unsigned ExtendAmt = 0;
 945       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
 946       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
 947       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
 948         if (RHSVal.isPowerOf2())
 949           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
 950         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
 951           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
 952       }
 953
 954       if (ExtendAmt) {
 955         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
 956         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask))
 957           ExtendAmt = 0;
 958       }
 959
 960       if (ExtendAmt) {
 961         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
 962         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
 963         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
 964       }
 965
 966       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
 967       // a sub and fuse this add with it.
 968       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
 969         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
 970         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 971         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 972         ComputeMaskedBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 973         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
 974           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
 975                                            XorLHS);
 976       }
 977     }
 978   }
 979
 980   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 981     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 982       return NV;
 983
 984   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 985     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 986
 987   // X + X --> X << 1
 988   if (LHS == RHS) {
 989     BinaryOperator *New =
 990       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 991     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 992     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 993     return New;
 994   }
 995
 996   // -A + B  -->  B - A
 997   // -A + -B  -->  -(A + B)
 998   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
 999     if (!isa<Constant>(RHS))
1000       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
1001         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
1002         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
1003       }
1004
1005     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
1006   }
1007
1008   // A + -B  -->  A - B
1009   if (!isa<Constant>(RHS))
1010     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
1011       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
1012
1013
1014   ConstantInt *C2;
1015   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
1016     if (X == RHS)   // X*C + X --> X * (C+1)
1017       return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
1018
1019     // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
1020     ConstantInt *C1;
1021     if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
1022       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
1023   }
1024
1025   // X + X*C --> X * (C+1)
1026   if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
1027     return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
1028
1029   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
1030   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
1031     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1032     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1033     ComputeMaskedBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
1034     if (LHSKnownZero != 0) {
1035       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1036       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1037       ComputeMaskedBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
1038
1039       // No bits in common -> bitwise or.
1040       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
1041         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1042     }
1043   }
1044
1045   // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
1046   {
1047     Value *W, *X, *Y, *Z;
1048     if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
1049         match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
1050       if (W != Y) {
1051         if (W == Z) {
1052           std::swap(Y, Z);
1053         } else if (Y == X) {
1054           std::swap(W, X);
1055         } else if (X == Z) {
1056           std::swap(Y, Z);
1057           std::swap(W, X);
1058         }
1059       }
1060
1061       if (W == Y) {
1062         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
1063         return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
1064       }
1065     }
1066   }
1067
1068   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1069     Value *X = 0;
1070     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X))))    // ~X + C --> (C-1) - X
1071       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
1072
1073     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
1074     if (LHS->hasOneUse() &&
1075         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
1076         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
1077       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
1078       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
1079       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
1080
1081       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
1082       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
1083
1084       // See if the and mask includes all of these bits.
1085       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
1086
1087       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
1088         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
1089         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
1090         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
1091       }
1092     }
1093
1094     // Try to fold constant add into select arguments.
1095     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1096       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1097         return R;
1098   }
1099
1100   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
1101   {
1102     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
1103     Value *A = RHS;
1104     if (!SI) {
1105       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
1106       A = LHS;
1107     }
1108     if (SI && SI->hasOneUse()) {
1109       Value *TV = SI->getTrueValue();
1110       Value *FV = SI->getFalseValue();
1111       Value *N;
1112
1113       // Can we fold the add into the argument of the select?
1114       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
1115       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1116         // Fold the add into the true select value.
1117         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
1118
1119       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1120         // Fold the add into the false select value.
1121         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
1122     }
1123   }
1124
1125   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
1126   // integer add followed by a sext.
1127   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
1128     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
1129     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1130       Constant *CI =
1131         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1132       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1133           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1134           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1135         // Insert the new, smaller add.
1136         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1137                                               CI, "addconv");
1138         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1139       }
1140     }
1141
1142     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
1143     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
1144       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1145       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
1146       // integer add will not overflow.
1147       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1148           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1149           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1150                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1151         // Insert the new integer add.
1152         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1153                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1154         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1155       }
1156     }
1157   }
1158
1159   // Check for (x & y) + (x ^ y)
1160   {
1161     Value *A = 0, *B = 0;
1162     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1163         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1164          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1165       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1166
1167     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1168         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1169          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1170       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1171   }
1172
1173   return Changed ? &I : 0;
1174 }
1175
1176 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
1177   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1178   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1179
1180   if (Value *V = SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), TD))
1181     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1182
1183   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
1184     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1185       return NV;
1186
1187   // -A + B  -->  B - A
1188   // -A + -B  -->  -(A + B)
1189   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS))
1190     return BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
1191
1192   // A + -B  -->  A - B
1193   if (!isa<Constant>(RHS))
1194     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS))
1195       return BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
1196
1197   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
1198   // integer add followed by a promotion.
1199   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
1200     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
1201     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
1202     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
1203     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
1204     // instcombined.
1205     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
1206       Constant *CI =
1207       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1208       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1209           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
1210           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1211         // Insert the new integer add.
1212         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1213                                               CI, "addconv");
1214         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1215       }
1216     }
1217
1218     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
1219     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
1220       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1221       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
1222       // and if the integer add will not overflow.
1223       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1224           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1225           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1226                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1227         // Insert the new integer add.
1228         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1229                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
1230         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1231       }
1232     }
1233   }
1234
1235   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1236     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1237       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1238   }
1239
1240   return Changed ? &I : 0;
1241 }
1242
1243
1244 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1245 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
1246 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
1247 ///
1248 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
1249                                                Type *Ty) {
1250   assert(TD && "Must have target data info for this");
1251
1252   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
1253   // this.
1254   bool Swapped = false;
1255   GEPOperator *GEP1 = 0, *GEP2 = 0;
1256
1257   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
1258   // GEP derived from it.
1259   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1260     // (gep X, ...) - X
1261     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
1262       GEP1 = LHSGEP;
1263       Swapped = false;
1264     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1265       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1266       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1267             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1268         GEP2 = RHSGEP;
1269         GEP1 = LHSGEP;
1270         Swapped = false;
1271       }
1272     }
1273   }
1274
1275   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1276     // X - (gep X, ...)
1277     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
1278       GEP1 = RHSGEP;
1279       Swapped = true;
1280     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1281       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1282       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1283             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1284         GEP2 = LHSGEP;
1285         GEP1 = RHSGEP;
1286         Swapped = true;
1287       }
1288     }
1289   }
1290
1291   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
1292   // multiple users.
1293   if (GEP1 == 0 ||
1294       (GEP2 != 0 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
1295     return 0;
1296
1297   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
1298   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
1299
1300   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
1301   // pointer, subtract it from the offset we have.
1302   if (GEP2) {
1303     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
1304     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
1305   }
1306
1307   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
1308   if (Swapped)
1309     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
1310
1311   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
1312 }
1313
1314
1315 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
1316   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1317
1318   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
1319                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
1320     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1321
1322   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
1323   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1324     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1325
1326   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
1327   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
1328     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
1329     Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1330     Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1331     return Res;
1332   }
1333
1334   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
1335     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
1336
1337   // Replace (-1 - A) with (~A).
1338   if (match(Op0, m_AllOnes()))
1339     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
1340
1341   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
1342     // C - ~X == X + (1+C)
1343     Value *X = 0;
1344     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
1345       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
1346
1347     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
1348     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
1349     if (C->isZero()) {
1350       Value *X; ConstantInt *CI;
1351       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1352           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1353           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1354         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
1355
1356       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1357           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1358           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1359         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
1360     }
1361
1362     // Try to fold constant sub into select arguments.
1363     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1364       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1365         return R;
1366
1367     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
1368     ConstantInt *C2;
1369     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))))
1370       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
1371
1372     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1373       return &I;
1374
1375     // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
1376     if (C->isZero() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
1377       if (X->getType()->isIntegerTy(1))
1378         return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1379
1380     // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
1381     if (C->isZero() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
1382       if (X->getType()->isIntegerTy(1))
1383         return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1384   }
1385
1386
1387   { Value *Y;
1388     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
1389     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
1390         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
1391       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1392
1393     // (X-Y)-X == -Y
1394     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1395       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1396   }
1397
1398   if (Op1->hasOneUse()) {
1399     Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
1400     Constant *C = 0;
1401     ConstantInt *CI = 0;
1402
1403     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
1404     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
1405       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
1406                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
1407
1408     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
1409     //
1410     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
1411         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
1412       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
1413                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
1414
1415     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
1416     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
1417         match(Op0, m_Zero()))
1418       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
1419
1420     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
1421     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
1422       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
1423         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
1424
1425     // X - X*C --> X * (1-C)
1426     if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
1427       Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
1428       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
1429     }
1430
1431     // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
1432     if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
1433       Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
1434       C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
1435       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
1436     }
1437
1438     // X - A*-B -> X + A*B
1439     // X - -A*B -> X + A*B
1440     Value *A, *B;
1441     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
1442         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
1443       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
1444
1445     // X - A*CI -> X + A*-CI
1446     // X - CI*A -> X + A*-CI
1447     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_ConstantInt(CI))) ||
1448         match(Op1, m_Mul(m_ConstantInt(CI), m_Value(A)))) {
1449       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
1450       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
1451     }
1452   }
1453
1454   ConstantInt *C1;
1455   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
1456     if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
1457       return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
1458
1459     ConstantInt *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
1460     if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
1461       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
1462   }
1463
1464   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1465   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
1466   if (TD) {
1467     Value *LHSOp, *RHSOp;
1468     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
1469         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
1470       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1471         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1472
1473     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
1474     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
1475         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
1476       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1477         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1478   }
1479
1480   return 0;
1481 }
1482
1483 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
1484   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1485
1486   if (Value *V = SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), TD))
1487     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1488
1489   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
1490   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1))
1491     return BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
1492
1493   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1494     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1495       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1496   }
1497
1498   return 0;
1499 }