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/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 /// AddOne - Add one to a ConstantInt.
  23 static Constant *AddOne(Constant *C) {
  24   return ConstantExpr::getAdd(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
  25 }
  26 /// SubOne - Subtract one from a ConstantInt.
  27 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
  28   return ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue()-1);
  29 }
  30
  31
  32 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
  33 // other computations (because it has a constant operand), return the
  34 // non-constant operand of the multiply, and set CST to point to the multiplier.
  35 // Otherwise, return null.
  36 //
  37 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V, ConstantInt *&CST) {
  38   if (!V->hasOneUse() || !V->getType()->isIntegerTy())
  39     return 0;
  40
  41   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
  42   if (I == 0) return 0;
  43
  44   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
  45     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))))
  46       return I->getOperand(0);
  47   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl)
  48     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))) {
  49       // The multiplier is really 1 << CST.
  50       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
  51       uint32_t CSTVal = CST->getLimitedValue(BitWidth);
  52       CST = ConstantInt::get(V->getType()->getContext(),
  53                              APInt(BitWidth, 1).shl(CSTVal));
  54       return I->getOperand(0);
  55     }
  56   return 0;
  57 }
  58
  59
  60 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
  61 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
  62 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
  63 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
  64 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS) {
  65   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
  66   // ones.
  67
  68   // Add has the property that adding any two 2's complement numbers can only
  69   // have one carry bit which can change a sign.  As such, if LHS and RHS each
  70   // have at least two sign bits, we know that the addition of the two values
  71   // will sign extend fine.
  72   if (ComputeNumSignBits(LHS) > 1 && ComputeNumSignBits(RHS) > 1)
  73     return true;
  74
  75
  76   // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other operand
  77   // has a known-zero bit in a more significant place than it (not including the
  78   // sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but won't change the
  79   // sign.  For example, (X & ~4) + 1.
  80
  81   // TODO: Implement.
  82
  83   return false;
  84 }
  85
  86 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
  87   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
  88   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
  89
  90   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
  91                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
  92     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
  93
  94   // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
  95   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
  96     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
  97
  98   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
  99     // X + (signbit) --> X ^ signbit
 100     const APInt &Val = CI->getValue();
 101     if (Val.isSignBit())
 102       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 103
 104     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
 105     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
 106     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 107       return &I;
 108
 109     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
 110     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
 111       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
 112         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
 113
 114     Value *XorLHS = 0; ConstantInt *XorRHS = 0;
 115     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
 116       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
 117       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
 118       unsigned ExtendAmt = 0;
 119       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
 120       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
 121       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
 122         if (RHSVal.isPowerOf2())
 123           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
 124         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
 125           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
 126       }
 127
 128       if (ExtendAmt) {
 129         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
 130         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask))
 131           ExtendAmt = 0;
 132       }
 133
 134       if (ExtendAmt) {
 135         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
 136         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
 137         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
 138       }
 139
 140       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
 141       // a sub and fuse this add with it.
 142       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
 143         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
 144         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 145         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 146         ComputeMaskedBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 147         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
 148           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
 149                                            XorLHS);
 150       }
 151     }
 152   }
 153
 154   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 155     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 156       return NV;
 157
 158   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 159     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 160
 161   // X + X --> X << 1
 162   if (LHS == RHS) {
 163     BinaryOperator *New =
 164       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 165     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 166     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 167     return New;
 168   }
 169
 170   // -A + B  -->  B - A
 171   // -A + -B  -->  -(A + B)
 172   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
 173     if (!isa<Constant>(RHS))
 174       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
 175         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
 176         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
 177       }
 178
 179     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
 180   }
 181
 182   // A + -B  -->  A - B
 183   if (!isa<Constant>(RHS))
 184     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
 185       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
 186
 187
 188   ConstantInt *C2;
 189   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
 190     if (X == RHS)   // X*C + X --> X * (C+1)
 191       return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
 192
 193     // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
 194     ConstantInt *C1;
 195     if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
 196       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
 197   }
 198
 199   // X + X*C --> X * (C+1)
 200   if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
 201     return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
 202
 203   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
 204   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
 205     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 206     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 207     ComputeMaskedBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 208     if (LHSKnownZero != 0) {
 209       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 210       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 211       ComputeMaskedBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
 212
 213       // No bits in common -> bitwise or.
 214       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
 215         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
 216     }
 217   }
 218
 219   // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
 220   {
 221     Value *W, *X, *Y, *Z;
 222     if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
 223         match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
 224       if (W != Y) {
 225         if (W == Z) {
 226           std::swap(Y, Z);
 227         } else if (Y == X) {
 228           std::swap(W, X);
 229         } else if (X == Z) {
 230           std::swap(Y, Z);
 231           std::swap(W, X);
 232         }
 233       }
 234
 235       if (W == Y) {
 236         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
 237         return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
 238       }
 239     }
 240   }
 241
 242   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 243     Value *X = 0;
 244     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X))))    // ~X + C --> (C-1) - X
 245       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
 246
 247     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
 248     if (LHS->hasOneUse() &&
 249         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
 250         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
 251       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
 252       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
 253       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
 254
 255       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
 256       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
 257
 258       // See if the and mask includes all of these bits.
 259       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
 260
 261       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
 262         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
 263         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
 264         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
 265       }
 266     }
 267
 268     // Try to fold constant add into select arguments.
 269     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
 270       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 271         return R;
 272   }
 273
 274   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
 275   {
 276     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
 277     Value *A = RHS;
 278     if (!SI) {
 279       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
 280       A = LHS;
 281     }
 282     if (SI && SI->hasOneUse()) {
 283       Value *TV = SI->getTrueValue();
 284       Value *FV = SI->getFalseValue();
 285       Value *N;
 286
 287       // Can we fold the add into the argument of the select?
 288       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
 289       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
 290         // Fold the add into the true select value.
 291         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
 292
 293       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
 294         // Fold the add into the false select value.
 295         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
 296     }
 297   }
 298
 299   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
 300   // integer add followed by a sext.
 301   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
 302     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
 303     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 304       Constant *CI =
 305         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
 306       if (LHSConv->hasOneUse() &&
 307           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
 308           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
 309         // Insert the new, smaller add.
 310         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 311                                               CI, "addconv");
 312         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
 313       }
 314     }
 315
 316     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
 317     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
 318       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
 319       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
 320       // integer add will not overflow.
 321       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
 322           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
 323           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
 324                                    RHSConv->getOperand(0))) {
 325         // Insert the new integer add.
 326         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 327                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
 328         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
 329       }
 330     }
 331   }
 332
 333   // Check for (x & y) + (x ^ y)
 334   {
 335     Value *A = 0, *B = 0;
 336     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
 337         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
 338          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
 339       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
 340
 341     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
 342         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
 343          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
 344       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
 345   }
 346
 347   return Changed ? &I : 0;
 348 }
 349
 350 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
 351   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 352   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 353
 354   if (Value *V = SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), TD))
 355     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 356
 357   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 358     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 359       return NV;
 360
 361   // -A + B  -->  B - A
 362   // -A + -B  -->  -(A + B)
 363   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS))
 364     return BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
 365
 366   // A + -B  -->  A - B
 367   if (!isa<Constant>(RHS))
 368     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS))
 369       return BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
 370
 371   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
 372   // integer add followed by a promotion.
 373   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
 374     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
 375     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
 376     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
 377     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
 378     // instcombined.
 379     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
 380       Constant *CI =
 381       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
 382       if (LHSConv->hasOneUse() &&
 383           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
 384           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
 385         // Insert the new integer add.
 386         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 387                                               CI, "addconv");
 388         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
 389       }
 390     }
 391
 392     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
 393     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
 394       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
 395       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
 396       // and if the integer add will not overflow.
 397       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
 398           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
 399           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
 400                                    RHSConv->getOperand(0))) {
 401         // Insert the new integer add.
 402         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 403                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
 404         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
 405       }
 406     }
 407   }
 408
 409   return Changed ? &I : 0;
 410 }
 411
 412
 413 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
 414 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
 415 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
 416 ///
 417 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
 418                                                Type *Ty) {
 419   assert(TD && "Must have target data info for this");
 420
 421   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
 422   // this.
 423   bool Swapped = false;
 424   GEPOperator *GEP1 = 0, *GEP2 = 0;
 425
 426   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
 427   // GEP derived from it.
 428   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
 429     // (gep X, ...) - X
 430     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
 431       GEP1 = LHSGEP;
 432       Swapped = false;
 433     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
 434       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
 435       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
 436             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
 437         GEP2 = RHSGEP;
 438         GEP1 = LHSGEP;
 439         Swapped = false;
 440       }
 441     }
 442   }
 443
 444   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
 445     // X - (gep X, ...)
 446     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
 447       GEP1 = RHSGEP;
 448       Swapped = true;
 449     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
 450       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
 451       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
 452             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
 453         GEP2 = LHSGEP;
 454         GEP1 = RHSGEP;
 455         Swapped = true;
 456       }
 457     }
 458   }
 459
 460   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
 461   // multiple users.
 462   if (GEP1 == 0 ||
 463       (GEP2 != 0 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
 464     return 0;
 465
 466   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
 467   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
 468
 469   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
 470   // pointer, subtract it from the offset we have.
 471   if (GEP2) {
 472     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
 473     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
 474   }
 475
 476   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
 477   if (Swapped)
 478     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
 479
 480   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
 481 }
 482
 483
 484 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
 485   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 486
 487   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
 488                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
 489     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 490
 491   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
 492   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 493     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 494
 495   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
 496   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
 497     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
 498     Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 499     Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 500     return Res;
 501   }
 502
 503   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 504     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
 505
 506   // Replace (-1 - A) with (~A).
 507   if (match(Op0, m_AllOnes()))
 508     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
 509
 510   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
 511     // C - ~X == X + (1+C)
 512     Value *X = 0;
 513     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
 514       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
 515
 516     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
 517     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
 518     if (C->isZero()) {
 519       Value *X; ConstantInt *CI;
 520       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
 521           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
 522           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
 523         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
 524
 525       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
 526           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
 527           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
 528         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
 529     }
 530
 531     // Try to fold constant sub into select arguments.
 532     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
 533       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 534         return R;
 535
 536     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
 537     ConstantInt *C2;
 538     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))))
 539       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
 540
 541     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 542       return &I;
 543   }
 544
 545
 546   { Value *Y;
 547     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
 548     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
 549         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
 550       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
 551
 552     // (X-Y)-X == -Y
 553     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
 554       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
 555   }
 556
 557   if (Op1->hasOneUse()) {
 558     Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
 559     Constant *C = 0;
 560     ConstantInt *CI = 0;
 561
 562     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
 563     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
 564       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
 565                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
 566
 567     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
 568     //
 569     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
 570         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
 571       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
 572                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
 573
 574     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
 575     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
 576         match(Op0, m_Zero()))
 577       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
 578
 579     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
 580     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
 581       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
 582         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
 583
 584     // X - X*C --> X * (1-C)
 585     if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
 586       Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
 587       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
 588     }
 589
 590     // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
 591     if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
 592       Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
 593       C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
 594       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
 595     }
 596
 597     // X - A*-B -> X + A*B
 598     // X - -A*B -> X + A*B
 599     Value *A, *B;
 600     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
 601         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
 602       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
 603
 604     // X - A*CI -> X + A*-CI
 605     // X - CI*A -> X + A*-CI
 606     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_ConstantInt(CI))) ||
 607         match(Op1, m_Mul(m_ConstantInt(CI), m_Value(A)))) {
 608       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
 609       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
 610     }
 611   }
 612
 613   ConstantInt *C1;
 614   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
 615     if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
 616       return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
 617
 618     ConstantInt *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
 619     if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
 620       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
 621   }
 622
 623   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
 624   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
 625   if (TD) {
 626     Value *LHSOp, *RHSOp;
 627     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
 628         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
 629       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
 630         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
 631
 632     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
 633     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
 634         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
 635       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
 636         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
 637   }
 638
 639   return 0;
 640 }
 641
 642 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
 643   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 644
 645   if (Value *V = SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), TD))
 646     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 647
 648   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
 649   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1))
 650     return BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
 651
 652   return 0;
 653 }