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/Target/TargetData.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   }
 141
 142   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 143     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 144       return NV;
 145
 146   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 147     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 148
 149   // X + X --> X << 1
 150   if (LHS == RHS && I.getType()->isIntegerTy())
 151     return BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 152
 153   // -A + B  -->  B - A
 154   // -A + -B  -->  -(A + B)
 155   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
 156     if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
 157       Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
 158       return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
 159     }
 160
 161     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
 162   }
 163
 164   // A + -B  -->  A - B
 165   if (!isa<Constant>(RHS))
 166     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
 167       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
 168
 169
 170   ConstantInt *C2;
 171   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
 172     if (X == RHS)   // X*C + X --> X * (C+1)
 173       return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
 174
 175     // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
 176     ConstantInt *C1;
 177     if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
 178       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
 179   }
 180
 181   // X + X*C --> X * (C+1)
 182   if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
 183     return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
 184
 185   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
 186   if (const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
 187     APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(IT->getBitWidth());
 188     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 189     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 190     ComputeMaskedBits(LHS, Mask, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 191     if (LHSKnownZero != 0) {
 192       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 193       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 194       ComputeMaskedBits(RHS, Mask, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
 195
 196       // No bits in common -> bitwise or.
 197       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
 198         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
 199     }
 200   }
 201
 202   // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
 203   {
 204     Value *W, *X, *Y, *Z;
 205     if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
 206         match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
 207       if (W != Y) {
 208         if (W == Z) {
 209           std::swap(Y, Z);
 210         } else if (Y == X) {
 211           std::swap(W, X);
 212         } else if (X == Z) {
 213           std::swap(Y, Z);
 214           std::swap(W, X);
 215         }
 216       }
 217
 218       if (W == Y) {
 219         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
 220         return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
 221       }
 222     }
 223   }
 224
 225   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 226     Value *X = 0;
 227     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X))))    // ~X + C --> (C-1) - X
 228       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
 229
 230     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
 231     if (LHS->hasOneUse() &&
 232         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
 233         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
 234       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
 235       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
 236       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
 237
 238       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
 239       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
 240
 241       // See if the and mask includes all of these bits.
 242       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
 243
 244       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
 245         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
 246         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
 247         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
 248       }
 249     }
 250
 251     // Try to fold constant add into select arguments.
 252     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
 253       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 254         return R;
 255   }
 256
 257   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
 258   {
 259     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
 260     Value *A = RHS;
 261     if (!SI) {
 262       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
 263       A = LHS;
 264     }
 265     if (SI && SI->hasOneUse()) {
 266       Value *TV = SI->getTrueValue();
 267       Value *FV = SI->getFalseValue();
 268       Value *N;
 269
 270       // Can we fold the add into the argument of the select?
 271       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
 272       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
 273         // Fold the add into the true select value.
 274         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
 275
 276       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
 277         // Fold the add into the false select value.
 278         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
 279     }
 280   }
 281
 282   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
 283   // integer add followed by a sext.
 284   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
 285     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
 286     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 287       Constant *CI =
 288         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
 289       if (LHSConv->hasOneUse() &&
 290           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
 291           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
 292         // Insert the new, smaller add.
 293         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 294                                               CI, "addconv");
 295         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
 296       }
 297     }
 298
 299     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
 300     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
 301       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
 302       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
 303       // integer add will not overflow.
 304       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
 305           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
 306           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
 307                                    RHSConv->getOperand(0))) {
 308         // Insert the new integer add.
 309         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 310                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
 311         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
 312       }
 313     }
 314   }
 315
 316   return Changed ? &I : 0;
 317 }
 318
 319 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
 320   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 321   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 322
 323   if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
 324     // X + 0 --> X
 325     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHSC)) {
 326       if (CFP->isExactlyValue(ConstantFP::getNegativeZero
 327                               (I.getType())->getValueAPF()))
 328         return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
 329     }
 330
 331     if (isa<PHINode>(LHS))
 332       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 333         return NV;
 334   }
 335
 336   // -A + B  -->  B - A
 337   // -A + -B  -->  -(A + B)
 338   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS))
 339     return BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
 340
 341   // A + -B  -->  A - B
 342   if (!isa<Constant>(RHS))
 343     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS))
 344       return BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
 345
 346   // Check for X+0.0.  Simplify it to X if we know X is not -0.0.
 347   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS))
 348     if (CFP->getValueAPF().isPosZero() && CannotBeNegativeZero(LHS))
 349       return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
 350
 351   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
 352   // integer add followed by a promotion.
 353   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
 354     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
 355     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
 356     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
 357     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
 358     // instcombined.
 359     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
 360       Constant *CI =
 361       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
 362       if (LHSConv->hasOneUse() &&
 363           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
 364           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
 365         // Insert the new integer add.
 366         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 367                                               CI, "addconv");
 368         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
 369       }
 370     }
 371
 372     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
 373     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
 374       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
 375       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
 376       // and if the integer add will not overflow.
 377       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
 378           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
 379           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
 380                                    RHSConv->getOperand(0))) {
 381         // Insert the new integer add.
 382         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
 383                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
 384         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
 385       }
 386     }
 387   }
 388
 389   return Changed ? &I : 0;
 390 }
 391
 392
 393 /// EmitGEPOffset - Given a getelementptr instruction/constantexpr, emit the
 394 /// code necessary to compute the offset from the base pointer (without adding
 395 /// in the base pointer).  Return the result as a signed integer of intptr size.
 396 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
 397   TargetData &TD = *getTargetData();
 398   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 399   const Type *IntPtrTy = TD.getIntPtrType(GEP->getContext());
 400   Value *Result = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
 401
 402   // If the GEP is inbounds, we know that none of the addressing operations will
 403   // overflow in an unsigned sense.
 404   bool isInBounds = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds();
 405
 406   // Build a mask for high order bits.
 407   unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
 408   uint64_t PtrSizeMask = ~0ULL >> (64-IntPtrWidth);
 409
 410   for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end(); i != e;
 411        ++i, ++GTI) {
 412     Value *Op = *i;
 413     uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) & PtrSizeMask;
 414     if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
 415       if (OpC->isZero()) continue;
 416
 417       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
 418       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 419         Size = TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
 420
 421         if (Size)
 422           Result = Builder->CreateAdd(Result, ConstantInt::get(IntPtrTy, Size),
 423                                       GEP->getName()+".offs",
 424                                       isInBounds /*NUW*/);
 425         continue;
 426       }
 427
 428       Constant *Scale = ConstantInt::get(IntPtrTy, Size);
 429       Constant *OC =
 430               ConstantExpr::getIntegerCast(OpC, IntPtrTy, true /*SExt*/);
 431       Scale = ConstantExpr::getMul(OC, Scale, isInBounds/*NUW*/);
 432       // Emit an add instruction.
 433       Result = Builder->CreateAdd(Result, Scale, GEP->getName()+".offs",
 434                                   isInBounds /*NUW*/);
 435       continue;
 436     }
 437     // Convert to correct type.
 438     if (Op->getType() != IntPtrTy)
 439       Op = Builder->CreateIntCast(Op, IntPtrTy, true, Op->getName()+".c");
 440     if (Size != 1) {
 441       // We'll let instcombine(mul) convert this to a shl if possible.
 442       Op = Builder->CreateMul(Op, ConstantInt::get(IntPtrTy, Size),
 443                               GEP->getName()+".idx", isInBounds /*NUW*/);
 444     }
 445
 446     // Emit an add instruction.
 447     Result = Builder->CreateAdd(Op, Result, GEP->getName()+".offs",
 448                                 isInBounds /*NUW*/);
 449   }
 450   return Result;
 451 }
 452
 453
 454
 455
 456 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
 457 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
 458 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
 459 ///
 460 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
 461                                                const Type *Ty) {
 462   assert(TD && "Must have target data info for this");
 463
 464   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
 465   // this.
 466   bool Swapped = false;
 467   GetElementPtrInst *GEP = 0;
 468   ConstantExpr *CstGEP = 0;
 469
 470   // TODO: Could also optimize &A[i] - &A[j] -> "i-j", and "&A.foo[i] - &A.foo".
 471   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
 472   // expression derived from it.
 473   if (GetElementPtrInst *LHSGEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHS)) {
 474     // (gep X, ...) - X
 475     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
 476       GEP = LHSGEP;
 477       Swapped = false;
 478     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(RHS)) {
 479       // (gep X, ...) - (ce_gep X, ...)
 480       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 481           LHSGEP->getOperand(0) == CE->getOperand(0)) {
 482         CstGEP = CE;
 483         GEP = LHSGEP;
 484         Swapped = false;
 485       }
 486     }
 487   }
 488
 489   if (GetElementPtrInst *RHSGEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(RHS)) {
 490     // X - (gep X, ...)
 491     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
 492       GEP = RHSGEP;
 493       Swapped = true;
 494     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(LHS)) {
 495       // (ce_gep X, ...) - (gep X, ...)
 496       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
 497           RHSGEP->getOperand(0) == CE->getOperand(0)) {
 498         CstGEP = CE;
 499         GEP = RHSGEP;
 500         Swapped = true;
 501       }
 502     }
 503   }
 504
 505   if (GEP == 0)
 506     return 0;
 507
 508   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
 509   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP);
 510
 511   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
 512   // pointer, subtract it from the offset we have.
 513   if (CstGEP) {
 514     Value *CstOffset = EmitGEPOffset(CstGEP);
 515     Result = Builder->CreateSub(Result, CstOffset);
 516   }
 517
 518
 519   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
 520   if (Swapped)
 521     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
 522
 523   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
 524 }
 525
 526
 527 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
 528   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 529
 530   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
 531                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
 532     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 533
 534   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
 535   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 536     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 537
 538   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
 539   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
 540     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
 541     Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 542     Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 543     return Res;
 544   }
 545
 546   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 547     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
 548
 549   // Replace (-1 - A) with (~A).
 550   if (match(Op0, m_AllOnes()))
 551     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
 552
 553   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
 554     // C - ~X == X + (1+C)
 555     Value *X = 0;
 556     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
 557       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
 558
 559     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
 560     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
 561     if (C->isZero()) {
 562       Value *X; ConstantInt *CI;
 563       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
 564           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
 565           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
 566         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
 567
 568       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
 569           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
 570           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
 571         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
 572     }
 573
 574     // Try to fold constant sub into select arguments.
 575     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
 576       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 577         return R;
 578
 579     // C - zext(bool) -> bool ? C - 1 : C
 580     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(Op1))
 581       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
 582         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), SubOne(C), C);
 583
 584     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
 585     ConstantInt *C2;
 586     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))))
 587       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
 588   }
 589
 590
 591   { Value *Y;
 592     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
 593     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
 594         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
 595       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
 596
 597     // (X-Y)-X == -Y
 598     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
 599       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
 600   }
 601
 602   if (Op1->hasOneUse()) {
 603     Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
 604     Constant *C = 0;
 605     ConstantInt *CI = 0;
 606
 607     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
 608     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
 609       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
 610                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
 611
 612     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
 613     //
 614     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
 615         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
 616       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
 617                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
 618
 619     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
 620     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
 621         match(Op0, m_Zero()))
 622       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
 623
 624     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
 625     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
 626       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
 627         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
 628
 629     // X - X*C --> X * (1-C)
 630     if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
 631       Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
 632       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
 633     }
 634
 635     // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
 636     if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
 637       Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
 638       C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
 639       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
 640     }
 641
 642     // X - A*-B -> X + A*B
 643     // X - -A*B -> X + A*B
 644     Value *A, *B;
 645     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
 646         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
 647       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
 648
 649     // X - A*CI -> X + A*-CI
 650     // X - CI*A -> X + A*-CI
 651     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_ConstantInt(CI))) ||
 652         match(Op1, m_Mul(m_ConstantInt(CI), m_Value(A)))) {
 653       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
 654       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
 655     }
 656   }
 657
 658   ConstantInt *C1;
 659   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
 660     if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
 661       return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
 662
 663     ConstantInt *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
 664     if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
 665       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
 666   }
 667
 668   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
 669   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
 670   if (TD) {
 671     Value *LHSOp, *RHSOp;
 672     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
 673         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
 674       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
 675         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
 676
 677     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
 678     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
 679         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
 680       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
 681         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
 682   }
 683
 684   return 0;
 685 }
 686
 687 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
 688   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 689
 690   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
 691   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1))
 692     return BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
 693
 694   return 0;
 695 }