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/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  19 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  20 using namespace llvm;
  21 using namespace PatternMatch;
  22
  23 namespace {
  24
  25   /// Class representing coefficient of floating-point addend.
  26   /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
  27   /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
  28   /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
  29   /// perform write-merging).
  30   ///
  31   class FAddendCoef {
  32   public:
  33     // The constructor has to initialize a APFloat, which is uncessary for
  34     // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
  35     // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
  36     // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
  37     // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
  38     //
  39     FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
  40     ~FAddendCoef();
  41
  42     void set(short C) {
  43       assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
  44       IsFp = false; IntVal = C;
  45     }
  46
  47     void set(const APFloat& C);
  48
  49     void negate();
  50
  51     bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
  52     Value *getValue(Type *) const;
  53
  54     // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
  55     // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
  56     void operator=(const FAddendCoef &A);
  57     void operator+=(const FAddendCoef &A);
  58     void operator-=(const FAddendCoef &A);
  59     void operator*=(const FAddendCoef &S);
  60
  61     bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
  62     bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
  63     bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
  64     bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
  65
  66   private:
  67     bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
  68     APFloat *getFpValPtr(void)
  69       { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  70     const APFloat *getFpValPtr(void) const
  71       { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  72
  73     const APFloat &getFpVal(void) const {
  74       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  75       return *getFpValPtr();
  76     }
  77
  78     APFloat &getFpVal(void) {
  79       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  80       return *getFpValPtr();
  81     }
  82
  83     bool isInt() const { return !IsFp; }
  84
  85     // If the coefficient is represented by an integer, promote it to a
  86     // floating point.
  87     void convertToFpType(const fltSemantics &Sem);
  88
  89     // Construct an APFloat from a signed integer.
  90     // TODO: We should get rid of this function when APFloat can be constructed
  91     //       from an *SIGNED* integer.
  92     APFloat createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val);
  93   private:
  94
  95     bool IsFp;
  96
  97     // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
  98     bool BufHasFpVal;
  99
 100     // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
 101     // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
 102     // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
 103     // is overkill of this end.
 104     short IntVal;
 105
 106     AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
 107   };
 108
 109   /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
 110   /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
 111   /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
 112   ///
 113   class FAddend {
 114   public:
 115     FAddend() { Val = 0; }
 116
 117     Value *getSymVal (void) const { return Val; }
 118     const FAddendCoef &getCoef(void) const { return Coeff; }
 119
 120     bool isConstant() const { return Val == 0; }
 121     bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
 122
 123     void set(short Coefficient, Value *V) { Coeff.set(Coefficient), Val = V; }
 124     void set(const APFloat& Coefficient, Value *V)
 125       { Coeff.set(Coefficient); Val = V; }
 126     void set(const ConstantFP* Coefficient, Value *V)
 127       { Coeff.set(Coefficient->getValueAPF()); Val = V; }
 128
 129     void negate() { Coeff.negate(); }
 130
 131     /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
 132     /// try to break the definition into one or two addends.
 133     static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
 134
 135     /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
 136     /// splitted is the addend itself.
 137     unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
 138
 139     void operator+=(const FAddend &T) {
 140       assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
 141       Coeff += T.Coeff;
 142     }
 143
 144   private:
 145     void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
 146
 147     // This addend has the value of "Coeff * Val".
 148     Value *Val;
 149     FAddendCoef Coeff;
 150   };
 151
 152   /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
 153   /// with its neighboring at most two instructions.
 154   ///
 155   class FAddCombine {
 156   public:
 157     FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(0) {}
 158     Value *simplify(Instruction *FAdd);
 159
 160   private:
 161     typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
 162
 163     Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
 164
 165     Value *performFactorization(Instruction *I);
 166
 167     /// Convert given addend to a Value
 168     Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
 169
 170     /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
 171     unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
 172     Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 173     Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 174     Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 175     Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 176     Value *createFNeg(Value *V);
 177     Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
 178     void createInstPostProc(Instruction *NewInst);
 179
 180     InstCombiner::BuilderTy *Builder;
 181     Instruction *Instr;
 182
 183   private:
 184      // Debugging stuff are clustered here.
 185     #ifndef NDEBUG
 186       unsigned CreateInstrNum;
 187       void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
 188       void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
 189     #else
 190       void initCreateInstNum() {}
 191       void incCreateInstNum() {}
 192     #endif
 193   };
 194 }
 195
 196 //===----------------------------------------------------------------------===//
 197 //
 198 // Implementation of
 199 //    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
 200 //
 201 //===----------------------------------------------------------------------===//
 202 FAddendCoef::~FAddendCoef() {
 203   if (BufHasFpVal)
 204     getFpValPtr()->~APFloat();
 205 }
 206
 207 void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
 208   APFloat *P = getFpValPtr();
 209
 210   if (isInt()) {
 211     // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
 212     // APFloat::operator=().
 213     new(P) APFloat(C);
 214   } else
 215     *P = C;
 216
 217   IsFp = BufHasFpVal = true;
 218 }
 219
 220 void FAddendCoef::convertToFpType(const fltSemantics &Sem) {
 221   if (!isInt())
 222     return;
 223
 224   APFloat *P = getFpValPtr();
 225   if (IntVal > 0)
 226     new(P) APFloat(Sem, IntVal);
 227   else {
 228     new(P) APFloat(Sem, 0 - IntVal);
 229     P->changeSign();
 230   }
 231   IsFp = BufHasFpVal = true;
 232 }
 233
 234 APFloat FAddendCoef::createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val) {
 235   if (Val >= 0)
 236     return APFloat(Sem, Val);
 237
 238   APFloat T(Sem, 0 - Val);
 239   T.changeSign();
 240
 241   return T;
 242 }
 243
 244 void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef &That) {
 245   if (That.isInt())
 246     set(That.IntVal);
 247   else
 248     set(That.getFpVal());
 249 }
 250
 251 void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
 252   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 253   if (isInt() == That.isInt()) {
 254     if (isInt())
 255       IntVal += That.IntVal;
 256     else
 257       getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
 258     return;
 259   }
 260
 261   if (isInt()) {
 262     const APFloat &T = That.getFpVal();
 263     convertToFpType(T.getSemantics());
 264     getFpVal().add(T, RndMode);
 265     return;
 266   }
 267
 268   APFloat &T = getFpVal();
 269   T.add(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
 270 }
 271
 272 void FAddendCoef::operator-=(const FAddendCoef &That) {
 273   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 274   if (isInt() == That.isInt()) {
 275     if (isInt())
 276       IntVal -= That.IntVal;
 277     else
 278       getFpVal().subtract(That.getFpVal(), RndMode);
 279     return;
 280   }
 281
 282   if (isInt()) {
 283     const APFloat &T = That.getFpVal();
 284     convertToFpType(T.getSemantics());
 285     getFpVal().subtract(T, RndMode);
 286     return;
 287   }
 288
 289   APFloat &T = getFpVal();
 290   T.subtract(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 291 }
 292
 293 void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
 294   if (That.isOne())
 295     return;
 296
 297   if (That.isMinusOne()) {
 298     negate();
 299     return;
 300   }
 301
 302   if (isInt() && That.isInt()) {
 303     int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
 304     assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
 305     IntVal = Res;
 306     return;
 307   }
 308
 309   const fltSemantics &Semantic =
 310     isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
 311
 312   if (isInt())
 313     convertToFpType(Semantic);
 314   APFloat &F0 = getFpVal();
 315
 316   if (That.isInt())
 317     F0.multiply(createAPFloatFromInt(Semantic, That.IntVal),
 318                 APFloat::rmNearestTiesToEven);
 319   else
 320     F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 321
 322   return;
 323 }
 324
 325 void FAddendCoef::negate() {
 326   if (isInt())
 327     IntVal = 0 - IntVal;
 328   else
 329     getFpVal().changeSign();
 330 }
 331
 332 Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
 333   return isInt() ?
 334     ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
 335     ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
 336 }
 337
 338 // The definition of <Val>     Addends
 339 // =========================================
 340 //  A + B                     <1, A>, <1,B>
 341 //  A - B                     <1, A>, <1,B>
 342 //  0 - B                     <-1, B>
 343 //  C * A,                    <C, A>
 344 //  A + C                     <1, A> <C, NULL>
 345 //  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
 346 //
 347 // Legend: A and B are not constant, C is constant
 348 //
 349 unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
 350   (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
 351   Instruction *I = 0;
 352   if (Val == 0 || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
 353     return 0;
 354
 355   unsigned Opcode = I->getOpcode();
 356
 357   if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
 358     ConstantFP *C0, *C1;
 359     Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
 360     Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
 361     if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
 362       Opnd0 = 0;
 363
 364     if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
 365       Opnd1 = 0;
 366
 367     if (Opnd0) {
 368       if (!C0)
 369         Addend0.set(1, Opnd0);
 370       else
 371         Addend0.set(C0, 0);
 372     }
 373
 374     if (Opnd1) {
 375       FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
 376       if (!C1)
 377         Addend.set(1, Opnd1);
 378       else
 379         Addend.set(C1, 0);
 380       if (Opcode == Instruction::FSub)
 381         Addend.negate();
 382     }
 383
 384     if (Opnd0 || Opnd1)
 385       return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
 386
 387     // Both operands are zero. Weird!
 388     Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), 0);
 389     return 1;
 390   }
 391
 392   if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 393     Value *V0 = I->getOperand(0);
 394     Value *V1 = I->getOperand(1);
 395     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
 396       Addend0.set(C, V1);
 397       return 1;
 398     }
 399
 400     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
 401       Addend0.set(C, V0);
 402       return 1;
 403     }
 404   }
 405
 406   return 0;
 407 }
 408
 409 // Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
 410 // <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
 411 // i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
 412 //
 413 unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
 414   (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
 415   if (isConstant())
 416     return 0;
 417
 418   unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
 419   if (!BreakNum || Coeff.isOne())
 420     return BreakNum;
 421
 422   Addend0.Scale(Coeff);
 423
 424   if (BreakNum == 2)
 425     Addend1.Scale(Coeff);
 426
 427   return BreakNum;
 428 }
 429
 430 // Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
 431 // simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
 432 //
 433 //   Instruction "I" is                Simplified into
 434 // -------------------------------------------------------
 435 //   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
 436 //   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
 437 //
 438 Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
 439   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 440           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 441
 442   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
 443   Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
 444
 445   if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
 446     return 0;
 447
 448   bool isMpy = false;
 449   if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
 450     isMpy = true;
 451   else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
 452     return 0;
 453
 454   Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
 455   Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
 456   Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
 457   Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
 458
 459   //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
 460   //  ----------------------------------------------
 461   // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
 462   // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
 463   //
 464   Value *Factor = 0;
 465   Value *AddSub0 = 0, *AddSub1 = 0;
 466
 467   if (isMpy) {
 468     if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
 469       Factor = Opnd0_0;
 470     else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
 471       Factor = Opnd0_1;
 472
 473     if (Factor) {
 474       AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
 475       AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
 476     }
 477   } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
 478     Factor = Opnd0_1;
 479     AddSub0 = Opnd0_0;
 480     AddSub1 = Opnd1_0;
 481   }
 482
 483   if (!Factor)
 484     return 0;
 485
 486   // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
 487   Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
 488                       createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
 489                       createFSub(AddSub0, AddSub1);
 490   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
 491     const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
 492     if (!F.isNormal())
 493       return 0;
 494   }
 495
 496   if (isMpy)
 497     return createFMul(Factor, NewAddSub);
 498
 499   return createFDiv(NewAddSub, Factor);
 500 }
 501
 502 Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
 503   assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
 504
 505   // Currently we are not able to handle vector type.
 506   if (I->getType()->isVectorTy())
 507     return 0;
 508
 509   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 510           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 511
 512   // Save the instruction before calling other member-functions.
 513   Instr = I;
 514
 515   FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
 516
 517   unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
 518
 519   // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
 520   unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
 521   unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
 522
 523   if (!Opnd0.isConstant())
 524     Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
 525
 526   // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
 527   if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
 528     Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
 529
 530   // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
 531   if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
 532     AddendVect AllOpnds;
 533     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 534     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 535     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 536       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 537     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 538       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 539
 540     // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
 541     unsigned InstQuota = 0;
 542
 543     Value *V0 = I->getOperand(0);
 544     Value *V1 = I->getOperand(1);
 545     InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
 546                  (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
 547
 548     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
 549       return R;
 550   }
 551
 552   if (OpndNum != 2) {
 553     // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
 554     // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
 555     // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
 556     //
 557     const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
 558     return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : 0;
 559   }
 560
 561   // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
 562   if (Opnd1_ExpNum) {
 563     AddendVect AllOpnds;
 564     AllOpnds.push_back(&Opnd0);
 565     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 566     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 567       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 568
 569     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 570       return R;
 571   }
 572
 573   // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
 574   if (Opnd0_ExpNum) {
 575     AddendVect AllOpnds;
 576     AllOpnds.push_back(&Opnd1);
 577     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 578     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 579       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 580
 581     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 582       return R;
 583   }
 584
 585   // step 6: Try factorization as the last resort,
 586   return performFactorization(I);
 587 }
 588
 589 Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
 590
 591   unsigned AddendNum = Addends.size();
 592   assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
 593
 594   // For saving intermediate results;
 595   unsigned NextTmpIdx = 0;
 596   FAddend TmpResult[3];
 597
 598   // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
 599   // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
 600   // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
 601   // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
 602   // opportunities in super-expr(s).
 603   //
 604   const FAddend *ConstAdd = 0;
 605
 606   // Simplified addends are placed <SimpVect>.
 607   AddendVect SimpVect;
 608
 609   // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
 610   // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
 611   // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
 612   //
 613   for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
 614
 615     const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
 616     if (!ThisAddend) {
 617       // This addend was processed before.
 618       continue;
 619     }
 620
 621     Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
 622     unsigned StartIdx = SimpVect.size();
 623     SimpVect.push_back(ThisAddend);
 624
 625     // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
 626     // addends will be later on folded into a single addend. Following above
 627     // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
 628     // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
 629     // be later on folded into "<b1+b2, y>".
 630     //
 631     for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
 632          SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
 633       const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
 634       if (T && T->getSymVal() == Val) {
 635         // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
 636         // this addend again.
 637         Addends[SameSymIdx] = 0;
 638         SimpVect.push_back(T);
 639       }
 640     }
 641
 642     // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
 643     if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
 644       FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
 645       R = *SimpVect[StartIdx];
 646       for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
 647         R += *SimpVect[Idx];
 648
 649       // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
 650       SimpVect.resize(StartIdx);
 651       if (Val != 0) {
 652         if (!R.isZero()) {
 653           SimpVect.push_back(&R);
 654         }
 655       } else {
 656         // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
 657         // of <SimpVect>.
 658         ConstAdd = &R;
 659       }
 660     }
 661   }
 662
 663   assert((NextTmpIdx <= array_lengthof(TmpResult) + 1) &&
 664          "out-of-bound access");
 665
 666   if (ConstAdd)
 667     SimpVect.push_back(ConstAdd);
 668
 669   Value *Result;
 670   if (!SimpVect.empty())
 671     Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
 672   else {
 673     // The addition is folded to 0.0.
 674     Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
 675   }
 676
 677   return Result;
 678 }
 679
 680 Value *FAddCombine::createNaryFAdd
 681   (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
 682   assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
 683
 684   // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
 685   //
 686   unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
 687   if (InstrNeeded > InstrQuota)
 688     return 0;
 689
 690   initCreateInstNum();
 691
 692   // step 2: Emit the N-ary addition.
 693   // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
 694   // addition in question, and at most two neighboring instructions.
 695   // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
 696   // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
 697   // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
 698   // about tree-height when constructing the N-ary addition.
 699
 700   Value *LastVal = 0;
 701   bool LastValNeedNeg = false;
 702
 703   // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
 704   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 705        I != E; I++) {
 706     bool NeedNeg;
 707     Value *V = createAddendVal(**I, NeedNeg);
 708     if (!LastVal) {
 709       LastVal = V;
 710       LastValNeedNeg = NeedNeg;
 711       continue;
 712     }
 713
 714     if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
 715       LastVal = createFAdd(LastVal, V);
 716       continue;
 717     }
 718
 719     if (LastValNeedNeg)
 720       LastVal = createFSub(V, LastVal);
 721     else
 722       LastVal = createFSub(LastVal, V);
 723
 724     LastValNeedNeg = false;
 725   }
 726
 727   if (LastValNeedNeg) {
 728     LastVal = createFNeg(LastVal);
 729   }
 730
 731   #ifndef NDEBUG
 732     assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
 733            "Inconsistent in instruction numbers");
 734   #endif
 735
 736   return LastVal;
 737 }
 738
 739 Value *FAddCombine::createFSub
 740   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 741   Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
 742   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 743     createInstPostProc(I);
 744   return V;
 745 }
 746
 747 Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
 748   Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::get(V->getType(), 0.0));
 749   return createFSub(Zero, V);
 750 }
 751
 752 Value *FAddCombine::createFAdd
 753   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 754   Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
 755   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 756     createInstPostProc(I);
 757   return V;
 758 }
 759
 760 Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 761   Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
 762   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 763     createInstPostProc(I);
 764   return V;
 765 }
 766
 767 Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 768   Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
 769   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 770     createInstPostProc(I);
 771   return V;
 772 }
 773
 774 void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr) {
 775   NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
 776
 777   // Keep track of the number of instruction created.
 778   incCreateInstNum();
 779
 780   // Propagate fast-math flags
 781   NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
 782 }
 783
 784 // Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
 785 // NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
 786 unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
 787   unsigned OpndNum = Opnds.size();
 788   unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
 789
 790   // The number of addends in the form of "(-1)*x".
 791   unsigned NegOpndNum = 0;
 792
 793   // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
 794   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 795        I != E; I++) {
 796     const FAddend *Opnd = *I;
 797     if (Opnd->isConstant())
 798       continue;
 799
 800     const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
 801     if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
 802       NegOpndNum++;
 803
 804     // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
 805     // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
 806     // to evaluate the value.
 807     if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
 808       InstrNeeded++;
 809   }
 810   if (NegOpndNum == OpndNum)
 811     InstrNeeded++;
 812   return InstrNeeded;
 813 }
 814
 815 // Input Addend        Value           NeedNeg(output)
 816 // ================================================================
 817 // Constant C          C               false
 818 // <+/-1, V>           V               coefficient is -1
 819 // <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
 820 // <C, V>             "fmul V, C"      false
 821 //
 822 // NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
 823 Value *FAddCombine::createAddendVal
 824   (const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
 825   const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
 826
 827   if (Opnd.isConstant()) {
 828     NeedNeg = false;
 829     return Coeff.getValue(Instr->getType());
 830   }
 831
 832   Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
 833
 834   if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
 835     NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
 836     return OpndVal;
 837   }
 838
 839   if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
 840     NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
 841     return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
 842   }
 843
 844   NeedNeg = false;
 845   return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
 846 }
 847
 848 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
 849 // other computations (because it has a constant operand), return the
 850 // non-constant operand of the multiply, and set CST to point to the multiplier.
 851 // Otherwise, return null.
 852 //
 853 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V, Constant *&CST) {
 854   if (!V->hasOneUse() || !V->getType()->isIntOrIntVectorTy())
 855     return 0;
 856
 857   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 858   if (I == 0) return 0;
 859
 860   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
 861     if ((CST = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1))))
 862       return I->getOperand(0);
 863   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl)
 864     if ((CST = dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1)))) {
 865       // The multiplier is really 1 << CST.
 866       CST = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(V->getType(), 1), CST);
 867       return I->getOperand(0);
 868     }
 869   return 0;
 870 }
 871
 872
 873 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
 874 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 875 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 876 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 877 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS) {
 878   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
 879   // ones.
 880
 881   // Add has the property that adding any two 2's complement numbers can only
 882   // have one carry bit which can change a sign.  As such, if LHS and RHS each
 883   // have at least two sign bits, we know that the addition of the two values
 884   // will sign extend fine.
 885   if (ComputeNumSignBits(LHS) > 1 && ComputeNumSignBits(RHS) > 1)
 886     return true;
 887
 888
 889   // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other operand
 890   // has a known-zero bit in a more significant place than it (not including the
 891   // sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but won't change the
 892   // sign.  For example, (X & ~4) + 1.
 893
 894   // TODO: Implement.
 895
 896   return false;
 897 }
 898
 899 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
 900   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 901   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 902
 903   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
 904                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
 905     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 906
 907   // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
 908   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 909     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 910
 911   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 912     // X + (signbit) --> X ^ signbit
 913     const APInt &Val = CI->getValue();
 914     if (Val.isSignBit())
 915       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 916
 917     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
 918     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
 919     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 920       return &I;
 921
 922     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
 923     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
 924       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
 925         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
 926
 927     Value *XorLHS = 0; ConstantInt *XorRHS = 0;
 928     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
 929       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
 930       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
 931       unsigned ExtendAmt = 0;
 932       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
 933       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
 934       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
 935         if (RHSVal.isPowerOf2())
 936           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
 937         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
 938           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
 939       }
 940
 941       if (ExtendAmt) {
 942         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
 943         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask))
 944           ExtendAmt = 0;
 945       }
 946
 947       if (ExtendAmt) {
 948         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
 949         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
 950         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
 951       }
 952
 953       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
 954       // a sub and fuse this add with it.
 955       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
 956         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
 957         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 958         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 959         ComputeMaskedBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 960         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
 961           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
 962                                            XorLHS);
 963       }
 964       // (X + signbit) + C could have gotten canonicalized to (X ^ signbit) + C,
 965       // transform them into (X + (signbit ^ C))
 966       if (XorRHS->getValue().isSignBit())
 967           return BinaryOperator::CreateAdd(XorLHS,
 968                                            ConstantExpr::getXor(XorRHS, CI));
 969     }
 970   }
 971
 972   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 973     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 974       return NV;
 975
 976   if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
 977     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 978
 979   // X + X --> X << 1
 980   if (LHS == RHS) {
 981     BinaryOperator *New =
 982       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 983     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 984     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 985     return New;
 986   }
 987
 988   // -A + B  -->  B - A
 989   // -A + -B  -->  -(A + B)
 990   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
 991     if (!isa<Constant>(RHS))
 992       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
 993         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
 994         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
 995       }
 996
 997     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
 998   }
 999
1000   // A + -B  -->  A - B
1001   if (!isa<Constant>(RHS))
1002     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
1003       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
1004
1005
1006   {
1007     Constant *C2;
1008     if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
1009       if (X == RHS) // X*C + X --> X * (C+1)
1010         return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
1011
1012       // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
1013       Constant *C1;
1014       if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
1015         return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
1016     }
1017
1018     // X + X*C --> X * (C+1)
1019     if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
1020       return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
1021   }
1022
1023   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
1024   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
1025     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1026     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1027     ComputeMaskedBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
1028     if (LHSKnownZero != 0) {
1029       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1030       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1031       ComputeMaskedBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
1032
1033       // No bits in common -> bitwise or.
1034       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
1035         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1036     }
1037   }
1038
1039   // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
1040   {
1041     Value *W, *X, *Y, *Z;
1042     if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
1043         match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
1044       if (W != Y) {
1045         if (W == Z) {
1046           std::swap(Y, Z);
1047         } else if (Y == X) {
1048           std::swap(W, X);
1049         } else if (X == Z) {
1050           std::swap(Y, Z);
1051           std::swap(W, X);
1052         }
1053       }
1054
1055       if (W == Y) {
1056         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
1057         return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
1058       }
1059     }
1060   }
1061
1062   if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
1063     Value *X;
1064     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X)))) // ~X + C --> (C-1) - X
1065       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
1066   }
1067
1068   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1069     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
1070     Value *X;
1071     ConstantInt *C2;
1072     if (LHS->hasOneUse() &&
1073         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
1074         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
1075       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
1076       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
1077       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
1078
1079       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
1080       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
1081
1082       // See if the and mask includes all of these bits.
1083       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
1084
1085       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
1086         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
1087         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
1088         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
1089       }
1090     }
1091
1092     // Try to fold constant add into select arguments.
1093     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1094       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1095         return R;
1096   }
1097
1098   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
1099   {
1100     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
1101     Value *A = RHS;
1102     if (!SI) {
1103       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
1104       A = LHS;
1105     }
1106     if (SI && SI->hasOneUse()) {
1107       Value *TV = SI->getTrueValue();
1108       Value *FV = SI->getFalseValue();
1109       Value *N;
1110
1111       // Can we fold the add into the argument of the select?
1112       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
1113       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1114         // Fold the add into the true select value.
1115         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
1116
1117       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1118         // Fold the add into the false select value.
1119         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
1120     }
1121   }
1122
1123   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
1124   // integer add followed by a sext.
1125   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
1126     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
1127     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1128       Constant *CI =
1129         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1130       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1131           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1132           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1133         // Insert the new, smaller add.
1134         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1135                                               CI, "addconv");
1136         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1137       }
1138     }
1139
1140     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
1141     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
1142       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1143       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
1144       // integer add will not overflow.
1145       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1146           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1147           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1148                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1149         // Insert the new integer add.
1150         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1151                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1152         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1153       }
1154     }
1155   }
1156
1157   // Check for (x & y) + (x ^ y)
1158   {
1159     Value *A = 0, *B = 0;
1160     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1161         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1162          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1163       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1164
1165     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1166         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1167          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1168       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1169   }
1170
1171   return Changed ? &I : 0;
1172 }
1173
1174 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
1175   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1176   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1177
1178   if (Value *V = SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), TD))
1179     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1180
1181   if (isa<Constant>(RHS)) {
1182     if (isa<PHINode>(LHS))
1183       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1184         return NV;
1185
1186     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1187       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1188         return NV;
1189   }
1190
1191   // -A + B  -->  B - A
1192   // -A + -B  -->  -(A + B)
1193   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS)) {
1194     Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
1195     RI->copyFastMathFlags(&I);
1196     return RI;
1197   }
1198
1199   // A + -B  -->  A - B
1200   if (!isa<Constant>(RHS))
1201     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS)) {
1202       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
1203       RI->copyFastMathFlags(&I);
1204       return RI;
1205     }
1206
1207   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
1208   // integer add followed by a promotion.
1209   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
1210     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
1211     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
1212     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
1213     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
1214     // instcombined.
1215     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
1216       Constant *CI =
1217       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1218       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1219           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
1220           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1221         // Insert the new integer add.
1222         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1223                                               CI, "addconv");
1224         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1225       }
1226     }
1227
1228     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
1229     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
1230       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1231       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
1232       // and if the integer add will not overflow.
1233       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1234           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1235           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1236                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1237         // Insert the new integer add.
1238         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1239                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
1240         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1241       }
1242     }
1243   }
1244
1245   // select C, 0, B + select C, A, 0 -> select C, A, B
1246   {
1247     Value *A1, *B1, *C1, *A2, *B2, *C2;
1248     if (match(LHS, m_Select(m_Value(C1), m_Value(A1), m_Value(B1))) &&
1249         match(RHS, m_Select(m_Value(C2), m_Value(A2), m_Value(B2)))) {
1250       if (C1 == C2) {
1251         Constant *Z1=0, *Z2=0;
1252         Value *A, *B, *C=C1;
1253         if (match(A1, m_AnyZero()) && match(B2, m_AnyZero())) {
1254             Z1 = dyn_cast<Constant>(A1); A = A2;
1255             Z2 = dyn_cast<Constant>(B2); B = B1;
1256         } else if (match(B1, m_AnyZero()) && match(A2, m_AnyZero())) {
1257             Z1 = dyn_cast<Constant>(B1); B = B2;
1258             Z2 = dyn_cast<Constant>(A2); A = A1;
1259         }
1260
1261         if (Z1 && Z2 &&
1262             (I.hasNoSignedZeros() ||
1263              (Z1->isNegativeZeroValue() && Z2->isNegativeZeroValue()))) {
1264           return SelectInst::Create(C, A, B);
1265         }
1266       }
1267     }
1268   }
1269
1270   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1271     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1272       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1273   }
1274
1275   return Changed ? &I : 0;
1276 }
1277
1278
1279 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1280 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
1281 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
1282 ///
1283 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
1284                                                Type *Ty) {
1285   assert(TD && "Must have target data info for this");
1286
1287   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
1288   // this.
1289   bool Swapped = false;
1290   GEPOperator *GEP1 = 0, *GEP2 = 0;
1291
1292   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
1293   // GEP derived from it.
1294   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1295     // (gep X, ...) - X
1296     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
1297       GEP1 = LHSGEP;
1298       Swapped = false;
1299     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1300       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1301       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1302             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1303         GEP2 = RHSGEP;
1304         GEP1 = LHSGEP;
1305         Swapped = false;
1306       }
1307     }
1308   }
1309
1310   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1311     // X - (gep X, ...)
1312     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
1313       GEP1 = RHSGEP;
1314       Swapped = true;
1315     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1316       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1317       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1318             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1319         GEP2 = LHSGEP;
1320         GEP1 = RHSGEP;
1321         Swapped = true;
1322       }
1323     }
1324   }
1325
1326   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
1327   // multiple users.
1328   if (GEP1 == 0 ||
1329       (GEP2 != 0 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
1330     return 0;
1331
1332   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
1333   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
1334
1335   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
1336   // pointer, subtract it from the offset we have.
1337   if (GEP2) {
1338     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
1339     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
1340   }
1341
1342   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
1343   if (Swapped)
1344     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
1345
1346   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
1347 }
1348
1349
1350 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
1351   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1352
1353   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
1354                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
1355     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1356
1357   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
1358   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1359     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1360
1361   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
1362   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
1363     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
1364     Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1365     Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1366     return Res;
1367   }
1368
1369   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
1370     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
1371
1372   // Replace (-1 - A) with (~A).
1373   if (match(Op0, m_AllOnes()))
1374     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
1375
1376   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
1377     // C - ~X == X + (1+C)
1378     Value *X = 0;
1379     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
1380       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
1381
1382     // Try to fold constant sub into select arguments.
1383     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1384       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1385         return R;
1386
1387     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
1388     Constant *C2;
1389     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_Constant(C2))))
1390       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
1391
1392     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1393       return &I;
1394
1395     // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
1396     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
1397       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1398         return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1399
1400     // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
1401     if (C->isNullValue() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
1402       if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
1403         return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1404   }
1405
1406   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
1407     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
1408     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
1409     if (C->isZero()) {
1410       Value *X; ConstantInt *CI;
1411       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1412           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1413           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1414         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
1415
1416       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1417           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1418           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1419         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
1420     }
1421   }
1422
1423
1424   { Value *Y;
1425     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
1426     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
1427         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
1428       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1429
1430     // (X-Y)-X == -Y
1431     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1432       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1433   }
1434
1435   if (Op1->hasOneUse()) {
1436     Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
1437     Constant *C = 0;
1438     Constant *CI = 0;
1439
1440     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
1441     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
1442       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
1443                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
1444
1445     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
1446     //
1447     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
1448         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
1449       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
1450                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
1451
1452     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
1453     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
1454         match(Op0, m_Zero()))
1455       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
1456
1457     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
1458     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
1459       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
1460         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
1461
1462     // X - X*C --> X * (1-C)
1463     if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_Constant(CI)))) {
1464       Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
1465       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
1466     }
1467
1468     // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
1469     if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_Constant(CI)))) {
1470       Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
1471       C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
1472       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
1473     }
1474
1475     // X - A*-B -> X + A*B
1476     // X - -A*B -> X + A*B
1477     Value *A, *B;
1478     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
1479         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
1480       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
1481
1482     // X - A*CI -> X + A*-CI
1483     // X - CI*A -> X + A*-CI
1484     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Constant(CI))) ||
1485         match(Op1, m_Mul(m_Constant(CI), m_Value(A)))) {
1486       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
1487       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
1488     }
1489   }
1490
1491   Constant *C1;
1492   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
1493     if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
1494       return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
1495
1496     Constant *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
1497     if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
1498       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
1499   }
1500
1501   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1502   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
1503   if (TD) {
1504     Value *LHSOp, *RHSOp;
1505     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
1506         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
1507       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1508         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1509
1510     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
1511     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
1512         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
1513       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1514         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1515   }
1516
1517   return 0;
1518 }
1519
1520 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
1521   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1522
1523   if (Value *V = SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), TD))
1524     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1525
1526   if (isa<Constant>(Op0))
1527     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1528       if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1529         return NV;
1530
1531   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A, potentially looking
1532   // through FP extensions/truncations along the way.
1533   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1)) {
1534     Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
1535     NewI->copyFastMathFlags(&I);
1536     return NewI;
1537   }
1538   if (FPTruncInst *FPTI = dyn_cast<FPTruncInst>(Op1)) {
1539     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPTI->getOperand(0))) {
1540       Value *NewTrunc = Builder->CreateFPTrunc(V, I.getType());
1541       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewTrunc);
1542       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1543       return NewI;
1544     }
1545   } else if (FPExtInst *FPEI = dyn_cast<FPExtInst>(Op1)) {
1546     if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPEI->getOperand(0))) {
1547       Value *NewExt = Builder->CreateFPExt(V, I.getType());
1548       Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewExt);
1549       NewI->copyFastMathFlags(&I);
1550       return NewI;
1551     }
1552   }
1553
1554   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1555     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1556       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1557   }
1558
1559   return 0;
1560 }