lib/Transforms/InstCombine/InstCombineAddSub.cpp

   1 //===- InstCombineAddSub.cpp ----------------------------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the visit functions for add, fadd, sub, and fsub.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  16 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 namespace {
  23
  24   /// Class representing coefficient of floating-point addend.
  25   /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
  26   /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
  27   /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
  28   /// perform write-merging).
  29   ///
  30   class FAddendCoef {
  31   public:
  32     // The constructor has to initialize a APFloat, which is uncessary for
  33     // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
  34     // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
  35     // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
  36     // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
  37     //
  38     FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
  39     ~FAddendCoef();
  40
  41     void set(short C) {
  42       assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
  43       IsFp = false; IntVal = C;
  44     }
  45
  46     void set(const APFloat& C);
  47
  48     void negate();
  49
  50     bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
  51     Value *getValue(Type *) const;
  52
  53     // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
  54     // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
  55     void operator=(const FAddendCoef &A);
  56     void operator+=(const FAddendCoef &A);
  57     void operator-=(const FAddendCoef &A);
  58     void operator*=(const FAddendCoef &S);
  59
  60     bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
  61     bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
  62     bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
  63     bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
  64
  65   private:
  66     bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
  67     APFloat *getFpValPtr(void)
  68       { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  69     const APFloat *getFpValPtr(void) const
  70       { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
  71
  72     const APFloat &getFpVal(void) const {
  73       assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
  74       return *getFpValPtr();
  75     }
  76
  77     APFloat &getFpVal(void)
  78       { assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state"); return *getFpValPtr(); }
  79
  80     bool isInt() const { return !IsFp; }
  81
  82   private:
  83
  84     bool IsFp;
  85
  86     // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
  87     bool BufHasFpVal;
  88
  89     // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
  90     // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
  91     // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
  92     // is overkill of this end.
  93     short IntVal;
  94
  95     AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
  96   };
  97
  98   /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
  99   /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
 100   /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
 101   ///
 102   class FAddend {
 103   public:
 104     FAddend() { Val = 0; }
 105
 106     Value *getSymVal (void) const { return Val; }
 107     const FAddendCoef &getCoef(void) const { return Coeff; }
 108
 109     bool isConstant() const { return Val == 0; }
 110     bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
 111
 112     void set(short Coefficient, Value *V) { Coeff.set(Coefficient), Val = V; }
 113     void set(const APFloat& Coefficient, Value *V)
 114       { Coeff.set(Coefficient); Val = V; }
 115     void set(const ConstantFP* Coefficient, Value *V)
 116       { Coeff.set(Coefficient->getValueAPF()); Val = V; }
 117
 118     void negate() { Coeff.negate(); }
 119
 120     /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
 121     /// try to break the definition into one or two addends.
 122     static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
 123
 124     /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
 125     /// splitted is the addend itself.
 126     unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
 127
 128     void operator+=(const FAddend &T) {
 129       assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
 130       Coeff += T.Coeff;
 131     }
 132
 133   private:
 134     void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
 135
 136     // This addend has the value of "Coeff * Val".
 137     Value *Val;
 138     FAddendCoef Coeff;
 139   };
 140
 141   /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
 142   /// with its neighboring at most two instructions.
 143   ///
 144   class FAddCombine {
 145   public:
 146     FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(0) {}
 147     Value *simplify(Instruction *FAdd);
 148
 149   private:
 150     typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
 151
 152     Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
 153
 154     Value *performFactorization(Instruction *I);
 155
 156     /// Convert given addend to a Value
 157     Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
 158
 159     /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
 160     unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
 161     Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 162     Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 163     Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 164     Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
 165     Value *createFNeg(Value *V);
 166     Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
 167     void createInstPostProc(Instruction *NewInst);
 168
 169     InstCombiner::BuilderTy *Builder;
 170     Instruction *Instr;
 171
 172   private:
 173      // Debugging stuff are clustered here.
 174     #ifndef NDEBUG
 175       unsigned CreateInstrNum;
 176       void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
 177       void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
 178     #else
 179       void initCreateInstNum() {}
 180       void incCreateInstNum() {}
 181     #endif
 182   };
 183 }
 184
 185 //===----------------------------------------------------------------------===//
 186 //
 187 // Implementation of
 188 //    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
 189 //
 190 //===----------------------------------------------------------------------===//
 191 FAddendCoef::~FAddendCoef() {
 192   if (BufHasFpVal)
 193     getFpValPtr()->~APFloat();
 194 }
 195
 196 void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
 197   APFloat *P = getFpValPtr();
 198
 199   if (isInt()) {
 200     // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
 201     // APFloat::operator=().
 202     new(P) APFloat(C);
 203   } else
 204     *P = C;
 205
 206   IsFp = BufHasFpVal = true;
 207 }
 208
 209 void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef& That) {
 210   if (That.isInt())
 211     set(That.IntVal);
 212   else
 213     set(That.getFpVal());
 214 }
 215
 216 void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
 217   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 218   if (isInt() == That.isInt()) {
 219     if (isInt())
 220       IntVal += That.IntVal;
 221     else
 222       getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
 223     return;
 224   }
 225
 226   if (isInt()) {
 227     const APFloat &T = That.getFpVal();
 228     set(T);
 229     getFpVal().add(APFloat(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 230     return;
 231   }
 232
 233   APFloat &T = getFpVal();
 234   T.add(APFloat(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
 235 }
 236
 237 void FAddendCoef::operator-=(const FAddendCoef &That) {
 238   enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
 239   if (isInt() == That.isInt()) {
 240     if (isInt())
 241       IntVal -= That.IntVal;
 242     else
 243       getFpVal().subtract(That.getFpVal(), RndMode);
 244     return;
 245   }
 246
 247   if (isInt()) {
 248     const APFloat &T = That.getFpVal();
 249     set(T);
 250     getFpVal().subtract(APFloat(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 251     return;
 252   }
 253
 254   APFloat &T = getFpVal();
 255   T.subtract(APFloat(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
 256 }
 257
 258 void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
 259   if (That.isOne())
 260     return;
 261
 262   if (That.isMinusOne()) {
 263     negate();
 264     return;
 265   }
 266
 267   if (isInt() && That.isInt()) {
 268     int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
 269     assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
 270     IntVal = Res;
 271     return;
 272   }
 273
 274   const fltSemantics &Semantic =
 275     isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
 276
 277   if (isInt())
 278     set(APFloat(Semantic, IntVal));
 279   APFloat &F0 = getFpVal();
 280
 281   if (That.isInt())
 282     F0.multiply(APFloat(Semantic, That.IntVal), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 283   else
 284     F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
 285
 286   return;
 287 }
 288
 289 void FAddendCoef::negate() {
 290   if (isInt())
 291     IntVal = 0 - IntVal;
 292   else
 293     getFpVal().changeSign();
 294 }
 295
 296 Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
 297   return isInt() ?
 298     ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
 299     ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
 300 }
 301
 302 // The definition of <Val>     Addends
 303 // =========================================
 304 //  A + B                     <1, A>, <1,B>
 305 //  A - B                     <1, A>, <1,B>
 306 //  0 - B                     <-1, B>
 307 //  C * A,                    <C, A>
 308 //  A + C                     <1, A> <C, NULL>
 309 //  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
 310 //
 311 // Legend: A and B are not constant, C is constant
 312 //
 313 unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
 314   (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
 315   Instruction *I = 0;
 316   if (Val == 0 || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
 317     return 0;
 318
 319   unsigned Opcode = I->getOpcode();
 320
 321   if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
 322     ConstantFP *C0, *C1;
 323     Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
 324     Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
 325     if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
 326       Opnd0 = 0;
 327
 328     if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
 329       Opnd1 = 0;
 330
 331     if (Opnd0) {
 332       if (!C0)
 333         Addend0.set(1, Opnd0);
 334       else
 335         Addend0.set(C0, 0);
 336     }
 337
 338     if (Opnd1) {
 339       FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
 340       if (!C1)
 341         Addend.set(1, Opnd1);
 342       else
 343         Addend.set(C1, 0);
 344       if (Opcode == Instruction::FSub)
 345         Addend.negate();
 346     }
 347
 348     if (Opnd0 || Opnd1)
 349       return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
 350
 351     // Both operands are zero. Weird!
 352     Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), 0);
 353     return 1;
 354   }
 355
 356   if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 357     Value *V0 = I->getOperand(0);
 358     Value *V1 = I->getOperand(1);
 359     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
 360       Addend0.set(C, V1);
 361       return 1;
 362     }
 363
 364     if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
 365       Addend0.set(C, V0);
 366       return 1;
 367     }
 368   }
 369
 370   return 0;
 371 }
 372
 373 // Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
 374 // <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
 375 // i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
 376 //
 377 unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
 378   (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
 379   if (isConstant())
 380     return 0;
 381
 382   unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
 383   if (!BreakNum || Coeff.isOne())
 384     return BreakNum;
 385
 386   Addend0.Scale(Coeff);
 387
 388   if (BreakNum == 2)
 389     Addend1.Scale(Coeff);
 390
 391   return BreakNum;
 392 }
 393
 394 // Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
 395 // simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
 396 //
 397 //   Instruction "I" is                Simplified into
 398 // -------------------------------------------------------
 399 //   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
 400 //   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
 401 //
 402 Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
 403   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 404           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 405
 406   Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
 407   Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
 408
 409   if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
 410     return 0;
 411
 412   bool isMpy = false;
 413   if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
 414     isMpy = true;
 415   else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
 416     return 0;
 417
 418   Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
 419   Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
 420   Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
 421   Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
 422
 423   //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
 424   //  ----------------------------------------------
 425   // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
 426   // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
 427   //
 428   Value *Factor = 0;
 429   Value *AddSub0 = 0, *AddSub1 = 0;
 430
 431   if (isMpy) {
 432     if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
 433       Factor = Opnd0_0;
 434     else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
 435       Factor = Opnd0_1;
 436
 437     if (Factor) {
 438       AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
 439       AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
 440     }
 441   } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
 442     Factor = Opnd0_1;
 443     AddSub0 = Opnd0_0;
 444     AddSub1 = Opnd1_0;
 445   }
 446
 447   if (!Factor)
 448     return 0;
 449
 450   // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
 451   Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
 452                       createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
 453                       createFSub(AddSub0, AddSub1);
 454   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
 455     const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
 456     if (!F.isNormal() || F.isDenormal())
 457       return 0;
 458   }
 459
 460   if (isMpy)
 461     return createFMul(Factor, NewAddSub);
 462
 463   return createFDiv(NewAddSub, Factor);
 464 }
 465
 466 Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
 467   assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
 468
 469   // Currently we are not able to handle vector type.
 470   if (I->getType()->isVectorTy())
 471     return 0;
 472
 473   assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 474           I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
 475
 476   // Save the instruction before calling other member-functions.
 477   Instr = I;
 478
 479   FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
 480
 481   unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
 482
 483   // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
 484   unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
 485   unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
 486
 487   if (!Opnd0.isConstant())
 488     Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
 489
 490   // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
 491   if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
 492     Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
 493
 494   // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
 495   if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
 496     AddendVect AllOpnds;
 497     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 498     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 499     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 500       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 501     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 502       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 503
 504     // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
 505     unsigned InstQuota = 0;
 506
 507     Value *V0 = I->getOperand(0);
 508     Value *V1 = I->getOperand(1);
 509     InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
 510                  (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
 511
 512     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
 513       return R;
 514   }
 515
 516   if (OpndNum != 2) {
 517     // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
 518     // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
 519     // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
 520     //
 521     const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
 522     return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : 0;
 523   }
 524
 525   // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
 526   if (Opnd1_ExpNum) {
 527     AddendVect AllOpnds;
 528     AllOpnds.push_back(&Opnd0);
 529     AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
 530     if (Opnd1_ExpNum == 2)
 531       AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
 532
 533     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 534       return R;
 535   }
 536
 537   // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
 538   if (Opnd0_ExpNum) {
 539     AddendVect AllOpnds;
 540     AllOpnds.push_back(&Opnd1);
 541     AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
 542     if (Opnd0_ExpNum == 2)
 543       AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
 544
 545     if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
 546       return R;
 547   }
 548
 549   // step 6: Try factorization as the last resort,
 550   return performFactorization(I);
 551 }
 552
 553 Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
 554
 555   unsigned AddendNum = Addends.size();
 556   assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
 557
 558   // For saving intermediate results;
 559   unsigned NextTmpIdx = 0;
 560   FAddend TmpResult[3];
 561
 562   // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
 563   // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
 564   // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
 565   // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
 566   // opportunities in super-expr(s).
 567   //
 568   const FAddend *ConstAdd = 0;
 569
 570   // Simplified addends are placed <SimpVect>.
 571   AddendVect SimpVect;
 572
 573   // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
 574   // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
 575   // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
 576   //
 577   for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
 578
 579     const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
 580     if (!ThisAddend) {
 581       // This addend was processed before.
 582       continue;
 583     }
 584
 585     Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
 586     unsigned StartIdx = SimpVect.size();
 587     SimpVect.push_back(ThisAddend);
 588
 589     // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
 590     // addends will be later on folded into a single addend. Following above
 591     // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
 592     // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
 593     // be later on folded into "<b1+b2, y>".
 594     //
 595     for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
 596          SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
 597       const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
 598       if (T && T->getSymVal() == Val) {
 599         // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
 600         // this addend again.
 601         Addends[SameSymIdx] = 0;
 602         SimpVect.push_back(T);
 603       }
 604     }
 605
 606     // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
 607     if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
 608       FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
 609       R = *SimpVect[StartIdx];
 610       for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
 611         R += *SimpVect[Idx];
 612
 613       // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
 614       SimpVect.resize(StartIdx);
 615       if (Val != 0) {
 616         if (!R.isZero()) {
 617           SimpVect.push_back(&R);
 618         }
 619       } else {
 620         // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
 621         // of <SimpVect>.
 622         ConstAdd = &R;
 623       }
 624     }
 625   }
 626
 627   assert((NextTmpIdx <= sizeof(TmpResult)/sizeof(TmpResult[0]) + 1) &&
 628          "out-of-bound access");
 629
 630   if (ConstAdd)
 631     SimpVect.push_back(ConstAdd);
 632
 633   Value *Result;
 634   if (!SimpVect.empty())
 635     Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
 636   else {
 637     // The addition is folded to 0.0.
 638     Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
 639   }
 640
 641   return Result;
 642 }
 643
 644 Value *FAddCombine::createNaryFAdd
 645   (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
 646   assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
 647
 648   // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
 649   //
 650   unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
 651   if (InstrNeeded > InstrQuota)
 652     return 0;
 653
 654   initCreateInstNum();
 655
 656   // step 2: Emit the N-ary addition.
 657   // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
 658   // addition in question, and at most two neighboring instructions.
 659   // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
 660   // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
 661   // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
 662   // about tree-height when constructing the N-ary addition.
 663
 664   Value *LastVal = 0;
 665   bool LastValNeedNeg = false;
 666
 667   // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
 668   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 669        I != E; I++) {
 670     bool NeedNeg;
 671     Value *V = createAddendVal(**I, NeedNeg);
 672     if (!LastVal) {
 673       LastVal = V;
 674       LastValNeedNeg = NeedNeg;
 675       continue;
 676     }
 677
 678     if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
 679       LastVal = createFAdd(LastVal, V);
 680       continue;
 681     }
 682
 683     if (LastValNeedNeg)
 684       LastVal = createFSub(V, LastVal);
 685     else
 686       LastVal = createFSub(LastVal, V);
 687
 688     LastValNeedNeg = false;
 689   }
 690
 691   if (LastValNeedNeg) {
 692     LastVal = createFNeg(LastVal);
 693   }
 694
 695   #ifndef NDEBUG
 696     assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
 697            "Inconsistent in instruction numbers");
 698   #endif
 699
 700   return LastVal;
 701 }
 702
 703 Value *FAddCombine::createFSub
 704   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 705   Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
 706   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 707     createInstPostProc(I);
 708   return V;
 709 }
 710
 711 Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
 712   Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::get(V->getType(), 0.0));
 713   return createFSub(Zero, V);
 714 }
 715
 716 Value *FAddCombine::createFAdd
 717   (Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 718   Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
 719   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 720     createInstPostProc(I);
 721   return V;
 722 }
 723
 724 Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 725   Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
 726   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 727     createInstPostProc(I);
 728   return V;
 729 }
 730
 731 Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
 732   Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
 733   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 734     createInstPostProc(I);
 735   return V;
 736 }
 737
 738 void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr) {
 739   NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
 740
 741   // Keep track of the number of instruction created.
 742   incCreateInstNum();
 743
 744   // Propagate fast-math flags
 745   NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
 746 }
 747
 748 // Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
 749 // NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
 750 unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
 751   unsigned OpndNum = Opnds.size();
 752   unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
 753
 754   // The number of addends in the form of "(-1)*x".
 755   unsigned NegOpndNum = 0;
 756
 757   // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
 758   for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
 759        I != E; I++) {
 760     const FAddend *Opnd = *I;
 761     if (Opnd->isConstant())
 762       continue;
 763
 764     const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
 765     if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
 766       NegOpndNum++;
 767
 768     // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
 769     // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
 770     // to evaluate the value.
 771     if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
 772       InstrNeeded++;
 773   }
 774   if (NegOpndNum == OpndNum)
 775     InstrNeeded++;
 776   return InstrNeeded;
 777 }
 778
 779 // Input Addend        Value           NeedNeg(output)
 780 // ================================================================
 781 // Constant C          C               false
 782 // <+/-1, V>           V               coefficient is -1
 783 // <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
 784 // <C, V>             "fmul V, C"      false
 785 //
 786 // NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
 787 Value *FAddCombine::createAddendVal
 788   (const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
 789   const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
 790
 791   if (Opnd.isConstant()) {
 792     NeedNeg = false;
 793     return Coeff.getValue(Instr->getType());
 794   }
 795
 796   Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
 797
 798   if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
 799     NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
 800     return OpndVal;
 801   }
 802
 803   if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
 804     NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
 805     return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
 806   }
 807
 808   NeedNeg = false;
 809   return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
 810 }
 811
 812 /// AddOne - Add one to a ConstantInt.
 813 static Constant *AddOne(Constant *C) {
 814   return ConstantExpr::getAdd(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
 815 }
 816
 817 /// SubOne - Subtract one from a ConstantInt.
 818 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
 819   return ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue()-1);
 820 }
 821
 822
 823 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
 824 // other computations (because it has a constant operand), return the
 825 // non-constant operand of the multiply, and set CST to point to the multiplier.
 826 // Otherwise, return null.
 827 //
 828 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V, ConstantInt *&CST) {
 829   if (!V->hasOneUse() || !V->getType()->isIntegerTy())
 830     return 0;
 831
 832   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 833   if (I == 0) return 0;
 834
 835   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
 836     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))))
 837       return I->getOperand(0);
 838   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl)
 839     if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))) {
 840       // The multiplier is really 1 << CST.
 841       uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
 842       uint32_t CSTVal = CST->getLimitedValue(BitWidth);
 843       CST = ConstantInt::get(V->getType()->getContext(),
 844                              APInt(BitWidth, 1).shl(CSTVal));
 845       return I->getOperand(0);
 846     }
 847   return 0;
 848 }
 849
 850
 851 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
 852 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 853 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 854 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
 855 bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS) {
 856   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
 857   // ones.
 858
 859   // Add has the property that adding any two 2's complement numbers can only
 860   // have one carry bit which can change a sign.  As such, if LHS and RHS each
 861   // have at least two sign bits, we know that the addition of the two values
 862   // will sign extend fine.
 863   if (ComputeNumSignBits(LHS) > 1 && ComputeNumSignBits(RHS) > 1)
 864     return true;
 865
 866
 867   // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other operand
 868   // has a known-zero bit in a more significant place than it (not including the
 869   // sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but won't change the
 870   // sign.  For example, (X & ~4) + 1.
 871
 872   // TODO: Implement.
 873
 874   return false;
 875 }
 876
 877 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
 878   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 879   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 880
 881   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
 882                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
 883     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 884
 885   // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
 886   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 887     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 888
 889   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
 890     // X + (signbit) --> X ^ signbit
 891     const APInt &Val = CI->getValue();
 892     if (Val.isSignBit())
 893       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 894
 895     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
 896     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
 897     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 898       return &I;
 899
 900     // zext(bool) + C -> bool ? C + 1 : C
 901     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
 902       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
 903         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
 904
 905     Value *XorLHS = 0; ConstantInt *XorRHS = 0;
 906     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
 907       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
 908       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
 909       unsigned ExtendAmt = 0;
 910       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0x80), 0xF..F80), it's a sext.
 911       // If we have ADD(XOR(AND(X, 0xFF), 0xF..F80), 0x80), it's a sext.
 912       if (XorRHS->getValue() == -RHSVal) {
 913         if (RHSVal.isPowerOf2())
 914           ExtendAmt = TySizeBits - RHSVal.logBase2() - 1;
 915         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
 916           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
 917       }
 918
 919       if (ExtendAmt) {
 920         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
 921         if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask))
 922           ExtendAmt = 0;
 923       }
 924
 925       if (ExtendAmt) {
 926         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
 927         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
 928         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
 929       }
 930
 931       // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
 932       // a sub and fuse this add with it.
 933       if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
 934         IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
 935         APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 936         APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 937         ComputeMaskedBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 938         if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
 939           return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
 940                                            XorLHS);
 941       }
 942     }
 943   }
 944
 945   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
 946     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 947       return NV;
 948
 949   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 950     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 951
 952   // X + X --> X << 1
 953   if (LHS == RHS) {
 954     BinaryOperator *New =
 955       BinaryOperator::CreateShl(LHS, ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 956     New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
 957     New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
 958     return New;
 959   }
 960
 961   // -A + B  -->  B - A
 962   // -A + -B  -->  -(A + B)
 963   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
 964     if (!isa<Constant>(RHS))
 965       if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
 966         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
 967         return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
 968       }
 969
 970     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
 971   }
 972
 973   // A + -B  -->  A - B
 974   if (!isa<Constant>(RHS))
 975     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
 976       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
 977
 978
 979   ConstantInt *C2;
 980   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
 981     if (X == RHS)   // X*C + X --> X * (C+1)
 982       return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
 983
 984     // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
 985     ConstantInt *C1;
 986     if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
 987       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
 988   }
 989
 990   // X + X*C --> X * (C+1)
 991   if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
 992     return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
 993
 994   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
 995   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
 996     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
 997     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
 998     ComputeMaskedBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
 999     if (LHSKnownZero != 0) {
1000       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
1001       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
1002       ComputeMaskedBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
1003
1004       // No bits in common -> bitwise or.
1005       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
1006         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
1007     }
1008   }
1009
1010   // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
1011   {
1012     Value *W, *X, *Y, *Z;
1013     if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
1014         match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
1015       if (W != Y) {
1016         if (W == Z) {
1017           std::swap(Y, Z);
1018         } else if (Y == X) {
1019           std::swap(W, X);
1020         } else if (X == Z) {
1021           std::swap(Y, Z);
1022           std::swap(W, X);
1023         }
1024       }
1025
1026       if (W == Y) {
1027         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
1028         return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
1029       }
1030     }
1031   }
1032
1033   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1034     Value *X = 0;
1035     if (match(LHS, m_Not(m_Value(X))))    // ~X + C --> (C-1) - X
1036       return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
1037
1038     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
1039     if (LHS->hasOneUse() &&
1040         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
1041         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
1042       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
1043       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
1044       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
1045
1046       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
1047       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
1048
1049       // See if the and mask includes all of these bits.
1050       APInt AddRHSHighBitsAnd(AddRHSHighBits & C2->getValue());
1051
1052       if (AddRHSHighBits == AddRHSHighBitsAnd) {
1053         // Okay, the xform is safe.  Insert the new add pronto.
1054         Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, CRHS, LHS->getName());
1055         return BinaryOperator::CreateAnd(NewAdd, C2);
1056       }
1057     }
1058
1059     // Try to fold constant add into select arguments.
1060     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
1061       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1062         return R;
1063   }
1064
1065   // add (select X 0 (sub n A)) A  -->  select X A n
1066   {
1067     SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS);
1068     Value *A = RHS;
1069     if (!SI) {
1070       SI = dyn_cast<SelectInst>(RHS);
1071       A = LHS;
1072     }
1073     if (SI && SI->hasOneUse()) {
1074       Value *TV = SI->getTrueValue();
1075       Value *FV = SI->getFalseValue();
1076       Value *N;
1077
1078       // Can we fold the add into the argument of the select?
1079       // We check both true and false select arguments for a matching subtract.
1080       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1081         // Fold the add into the true select value.
1082         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
1083
1084       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
1085         // Fold the add into the false select value.
1086         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
1087     }
1088   }
1089
1090   // Check for (add (sext x), y), see if we can merge this into an
1091   // integer add followed by a sext.
1092   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
1093     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
1094     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1095       Constant *CI =
1096         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1097       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1098           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
1099           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1100         // Insert the new, smaller add.
1101         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1102                                               CI, "addconv");
1103         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1104       }
1105     }
1106
1107     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
1108     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
1109       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1110       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
1111       // integer add will not overflow.
1112       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1113           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1114           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1115                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1116         // Insert the new integer add.
1117         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1118                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
1119         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
1120       }
1121     }
1122   }
1123
1124   // Check for (x & y) + (x ^ y)
1125   {
1126     Value *A = 0, *B = 0;
1127     if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1128         (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1129          match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1130       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1131
1132     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
1133         (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
1134          match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
1135       return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
1136   }
1137
1138   return Changed ? &I : 0;
1139 }
1140
1141 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
1142   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
1143   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
1144
1145   if (Value *V = SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), TD))
1146     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1147
1148   if (isa<Constant>(RHS) && isa<PHINode>(LHS))
1149     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1150       return NV;
1151
1152   // -A + B  -->  B - A
1153   // -A + -B  -->  -(A + B)
1154   if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS))
1155     return BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
1156
1157   // A + -B  -->  A - B
1158   if (!isa<Constant>(RHS))
1159     if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS))
1160       return BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
1161
1162   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
1163   // integer add followed by a promotion.
1164   if (SIToFPInst *LHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(LHS)) {
1165     // (fadd double (sitofp x), fpcst) --> (sitofp (add int x, intcst))
1166     // ... if the constant fits in the integer value.  This is useful for things
1167     // like (double)(x & 1234) + 4.0 -> (double)((X & 1234)+4) which no longer
1168     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
1169     // instcombined.
1170     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
1171       Constant *CI =
1172       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
1173       if (LHSConv->hasOneUse() &&
1174           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
1175           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
1176         // Insert the new integer add.
1177         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1178                                               CI, "addconv");
1179         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1180       }
1181     }
1182
1183     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
1184     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
1185       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
1186       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
1187       // and if the integer add will not overflow.
1188       if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
1189           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
1190           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
1191                                    RHSConv->getOperand(0))) {
1192         // Insert the new integer add.
1193         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
1194                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
1195         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
1196       }
1197     }
1198   }
1199
1200   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1201     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1202       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1203   }
1204
1205   return Changed ? &I : 0;
1206 }
1207
1208
1209 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1210 ///  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".  LHS/RHS are the pointer
1211 /// operands to the ptrtoint instructions for the LHS/RHS of the subtract.
1212 ///
1213 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
1214                                                Type *Ty) {
1215   assert(TD && "Must have target data info for this");
1216
1217   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
1218   // this.
1219   bool Swapped = false;
1220   GEPOperator *GEP1 = 0, *GEP2 = 0;
1221
1222   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
1223   // GEP derived from it.
1224   if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1225     // (gep X, ...) - X
1226     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
1227       GEP1 = LHSGEP;
1228       Swapped = false;
1229     } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1230       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1231       if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1232             RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1233         GEP2 = RHSGEP;
1234         GEP1 = LHSGEP;
1235         Swapped = false;
1236       }
1237     }
1238   }
1239
1240   if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
1241     // X - (gep X, ...)
1242     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
1243       GEP1 = RHSGEP;
1244       Swapped = true;
1245     } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
1246       // (gep X, ...) - (gep X, ...)
1247       if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
1248             LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
1249         GEP2 = LHSGEP;
1250         GEP1 = RHSGEP;
1251         Swapped = true;
1252       }
1253     }
1254   }
1255
1256   // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
1257   // multiple users.
1258   if (GEP1 == 0 ||
1259       (GEP2 != 0 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
1260     return 0;
1261
1262   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
1263   Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
1264
1265   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
1266   // pointer, subtract it from the offset we have.
1267   if (GEP2) {
1268     Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
1269     Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
1270   }
1271
1272   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
1273   if (Swapped)
1274     Result = Builder->CreateNeg(Result, "diff.neg");
1275
1276   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
1277 }
1278
1279
1280 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
1281   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1282
1283   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
1284                                  I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
1285     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1286
1287   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
1288   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
1289     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1290
1291   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
1292   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
1293     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
1294     Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
1295     Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
1296     return Res;
1297   }
1298
1299   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
1300     return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
1301
1302   // Replace (-1 - A) with (~A).
1303   if (match(Op0, m_AllOnes()))
1304     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
1305
1306   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
1307     // C - ~X == X + (1+C)
1308     Value *X = 0;
1309     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
1310       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
1311
1312     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
1313     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
1314     if (C->isZero()) {
1315       Value *X; ConstantInt *CI;
1316       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1317           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1318           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1319         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
1320
1321       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
1322           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
1323           CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
1324         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
1325     }
1326
1327     // Try to fold constant sub into select arguments.
1328     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1329       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1330         return R;
1331
1332     // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
1333     ConstantInt *C2;
1334     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))))
1335       return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
1336
1337     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1338       return &I;
1339
1340     // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
1341     if (C->isZero() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
1342       if (X->getType()->isIntegerTy(1))
1343         return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1344
1345     // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
1346     if (C->isZero() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
1347       if (X->getType()->isIntegerTy(1))
1348         return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
1349   }
1350
1351
1352   { Value *Y;
1353     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
1354     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
1355         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
1356       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1357
1358     // (X-Y)-X == -Y
1359     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
1360       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
1361   }
1362
1363   if (Op1->hasOneUse()) {
1364     Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
1365     Constant *C = 0;
1366     ConstantInt *CI = 0;
1367
1368     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
1369     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
1370       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0,
1371                                       Builder->CreateSub(Z, Y, Op1->getName()));
1372
1373     // (X - (X & Y))   -->   (X & ~Y)
1374     //
1375     if (match(Op1, m_And(m_Value(Y), m_Specific(Op0))) ||
1376         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
1377       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
1378                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
1379
1380     // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
1381     if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
1382         match(Op0, m_Zero()))
1383       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
1384
1385     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
1386     if (match(Op1, m_Shl(m_Value(X), m_Value(Y))) && match(Op0, m_Zero()))
1387       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
1388         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
1389
1390     // X - X*C --> X * (1-C)
1391     if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
1392       Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
1393       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
1394     }
1395
1396     // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
1397     if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
1398       Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
1399       C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
1400       return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
1401     }
1402
1403     // X - A*-B -> X + A*B
1404     // X - -A*B -> X + A*B
1405     Value *A, *B;
1406     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
1407         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
1408       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
1409
1410     // X - A*CI -> X + A*-CI
1411     // X - CI*A -> X + A*-CI
1412     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_ConstantInt(CI))) ||
1413         match(Op1, m_Mul(m_ConstantInt(CI), m_Value(A)))) {
1414       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
1415       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
1416     }
1417   }
1418
1419   ConstantInt *C1;
1420   if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
1421     if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
1422       return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
1423
1424     ConstantInt *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
1425     if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
1426       return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
1427   }
1428
1429   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
1430   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
1431   if (TD) {
1432     Value *LHSOp, *RHSOp;
1433     if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
1434         match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
1435       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1436         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1437
1438     // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
1439     if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
1440         match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
1441       if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
1442         return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
1443   }
1444
1445   return 0;
1446 }
1447
1448 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
1449   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1450
1451   if (Value *V = SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), TD))
1452     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1453
1454   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
1455   if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1))
1456     return BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
1457
1458   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
1459     if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
1460       return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1461   }
1462
1463   return 0;
1464 }