lib/Transforms/InstCombine/InstCombineCasts.cpp

   1 //===- InstCombineCasts.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 cast operations.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  16 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  18 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  23
  24 /// DecomposeSimpleLinearExpr - Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear
  25 /// expression.  If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  26 /// X*Scale+Offset.
  27 ///
  28 static Value *DecomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  29                                         uint64_t &Offset) {
  30   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  31     Offset = CI->getZExtValue();
  32     Scale  = 0;
  33     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  34   }
  35
  36   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  37     // Cannot look past anything that might overflow.
  38     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  39     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  40       Scale = 1;
  41       Offset = 0;
  42       return Val;
  43     }
  44
  45     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  46       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  47         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  48         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  49         Offset = 0;
  50         return I->getOperand(0);
  51       }
  52
  53       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  54         // This value is scaled by 'RHS'.
  55         Scale = RHS->getZExtValue();
  56         Offset = 0;
  57         return I->getOperand(0);
  58       }
  59
  60       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  61         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  62         // where C1 is divisible by C2.
  63         unsigned SubScale;
  64         Value *SubVal =
  65           DecomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  66         Offset += RHS->getZExtValue();
  67         Scale = SubScale;
  68         return SubVal;
  69       }
  70     }
  71   }
  72
  73   // Otherwise, we can't look past this.
  74   Scale = 1;
  75   Offset = 0;
  76   return Val;
  77 }
  78
  79 /// PromoteCastOfAllocation - If we find a cast of an allocation instruction,
  80 /// try to eliminate the cast by moving the type information into the alloc.
  81 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  82                                                    AllocaInst &AI) {
  83   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  84
  85   BuilderTy AllocaBuilder(*Builder);
  86   AllocaBuilder.SetInsertPoint(AI.getParent(), &AI);
  87
  88   // Get the type really allocated and the type casted to.
  89   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  90   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  91   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return nullptr;
  92
  93   unsigned AllocElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(AllocElTy);
  94   unsigned CastElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(CastElTy);
  95   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return nullptr;
  96
  97   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
  98   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
  99   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 100   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return nullptr;
 101
 102   uint64_t AllocElTySize = DL.getTypeAllocSize(AllocElTy);
 103   uint64_t CastElTySize = DL.getTypeAllocSize(CastElTy);
 104   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return nullptr;
 105
 106   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 107   // shrinking the amount of memory being allocated.
 108   uint64_t AllocElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(AllocElTy);
 109   uint64_t CastElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(CastElTy);
 110   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return nullptr;
 111
 112   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 113   // size argument.
 114   unsigned ArraySizeScale;
 115   uint64_t ArrayOffset;
 116   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 117     DecomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 118
 119   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 120   // do the xform.
 121   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 122       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return nullptr;
 123
 124   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 125   Value *Amt = nullptr;
 126   if (Scale == 1) {
 127     Amt = NumElements;
 128   } else {
 129     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 130     // Insert before the alloca, not before the cast.
 131     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 132   }
 133
 134   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 135     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 136                                   Offset, true);
 137     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 138   }
 139
 140   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 141   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 142   New->takeName(&AI);
 143   New->setUsedWithInAlloca(AI.isUsedWithInAlloca());
 144
 145   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 146   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 147   // will die soon.
 148   if (!AI.hasOneUse()) {
 149     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 150     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 151     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 152     ReplaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 153   }
 154   return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
 155 }
 156
 157 /// EvaluateInDifferentType - Given an expression that
 158 /// CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns true for, actually
 159 /// insert the code to evaluate the expression.
 160 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 161                                              bool isSigned) {
 162   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 163     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 164     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with DL info.
 165     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 166       C = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
 167     return C;
 168   }
 169
 170   // Otherwise, it must be an instruction.
 171   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 172   Instruction *Res = nullptr;
 173   unsigned Opc = I->getOpcode();
 174   switch (Opc) {
 175   case Instruction::Add:
 176   case Instruction::Sub:
 177   case Instruction::Mul:
 178   case Instruction::And:
 179   case Instruction::Or:
 180   case Instruction::Xor:
 181   case Instruction::AShr:
 182   case Instruction::LShr:
 183   case Instruction::Shl:
 184   case Instruction::UDiv:
 185   case Instruction::URem: {
 186     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 187     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 188     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 189     break;
 190   }
 191   case Instruction::Trunc:
 192   case Instruction::ZExt:
 193   case Instruction::SExt:
 194     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 195     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 196     // new.
 197     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 198       return I->getOperand(0);
 199
 200     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 201     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 202     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 203                                       Opc == Instruction::SExt);
 204     break;
 205   case Instruction::Select: {
 206     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 207     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 208     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 209     break;
 210   }
 211   case Instruction::PHI: {
 212     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 213     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 214     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 215       Value *V =
 216           EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 217       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 218     }
 219     Res = NPN;
 220     break;
 221   }
 222   default:
 223     // TODO: Can handle more cases here.
 224     llvm_unreachable("Unreachable!");
 225   }
 226
 227   Res->takeName(I);
 228   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 229 }
 230
 231
 232 /// This function is a wrapper around CastInst::isEliminableCastPair. It
 233 /// simply extracts arguments and returns what that function returns.
 234 static Instruction::CastOps
 235 isEliminableCastPair(const CastInst *CI, ///< First cast instruction
 236                      unsigned opcode,    ///< Opcode for the second cast
 237                      Type *DstTy,        ///< Target type for the second cast
 238                      const DataLayout &DL) {
 239   Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 240   Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 241
 242   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 243   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 244   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 245   Type *SrcIntPtrTy =
 246       SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(SrcTy) : nullptr;
 247   Type *MidIntPtrTy =
 248       MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(MidTy) : nullptr;
 249   Type *DstIntPtrTy =
 250       DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(DstTy) : nullptr;
 251   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 252                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 253                                                 DstIntPtrTy);
 254
 255   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 256   // type that differs from the pointer size.
 257   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 258       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 259     Res = 0;
 260
 261   return Instruction::CastOps(Res);
 262 }
 263
 264 /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 265 /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 266 /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 267 /// to do the simplification first.
 268 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 269                                       Type *Ty) {
 270   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 271   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 272
 273   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 274   // eliminated.
 275   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 276     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, DL))
 277       return false;
 278
 279   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 280   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 281   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && Ty->isVectorTy())
 282     return false;
 283
 284   return true;
 285 }
 286
 287
 288 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 289 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 290   Value *Src = CI.getOperand(0);
 291
 292   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 293   // eliminate it now.
 294   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 295     if (Instruction::CastOps opc =
 296             isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), DL)) {
 297       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 298       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 299       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 300     }
 301   }
 302
 303   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 304   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 305     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 306       return NV;
 307
 308   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 309   if (isa<PHINode>(Src)) {
 310     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 311     // it is currently legal.
 312     if (!Src->getType()->isIntegerTy() || !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 313         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 314       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 315         return NV;
 316   }
 317
 318   return nullptr;
 319 }
 320
 321 /// CanEvaluateTruncated - Return true if we can evaluate the specified
 322 /// expression tree as type Ty instead of its larger type, and arrive with the
 323 /// same value.  This is used by code that tries to eliminate truncates.
 324 ///
 325 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 326 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 327 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 328 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 329 ///
 330 /// This function works on both vectors and scalars.
 331 ///
 332 static bool CanEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty, InstCombiner &IC,
 333                                  Instruction *CxtI) {
 334   // We can always evaluate constants in another type.
 335   if (isa<Constant>(V))
 336     return true;
 337
 338   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 339   if (!I) return false;
 340
 341   Type *OrigTy = V->getType();
 342
 343   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 344   // has multiple uses.
 345   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 346       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 347     return true;
 348
 349   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 350   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 351   if (!I->hasOneUse()) return false;
 352
 353   unsigned Opc = I->getOpcode();
 354   switch (Opc) {
 355   case Instruction::Add:
 356   case Instruction::Sub:
 357   case Instruction::Mul:
 358   case Instruction::And:
 359   case Instruction::Or:
 360   case Instruction::Xor:
 361     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 362     return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 363            CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 364
 365   case Instruction::UDiv:
 366   case Instruction::URem: {
 367     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 368     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 369     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 370     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 371       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 372       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask, 0, CxtI) &&
 373           IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask, 0, CxtI)) {
 374         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 375                CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 376       }
 377     }
 378     break;
 379   }
 380   case Instruction::Shl:
 381     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 382     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 383     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 384       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 385       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 386         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 387     }
 388     break;
 389   case Instruction::LShr:
 390     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 391     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 392     // already zeros.
 393     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 394       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 395       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 396       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 397             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth), 0, CxtI) &&
 398           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 399         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 400       }
 401     }
 402     break;
 403   case Instruction::Trunc:
 404     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 405     return true;
 406   case Instruction::ZExt:
 407   case Instruction::SExt:
 408     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 409     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 410     return true;
 411   case Instruction::Select: {
 412     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 413     return CanEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty, IC, CxtI) &&
 414            CanEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty, IC, CxtI);
 415   }
 416   case Instruction::PHI: {
 417     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 418     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 419     // instructions with a single use.
 420     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 421     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
 422       if (!CanEvaluateTruncated(IncValue, Ty, IC, CxtI))
 423         return false;
 424     return true;
 425   }
 426   default:
 427     // TODO: Can handle more cases here.
 428     break;
 429   }
 430
 431   return false;
 432 }
 433
 434 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 435   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 436     return Result;
 437
 438   // Test if the trunc is the user of a select which is part of a
 439   // minimum or maximum operation. If so, don't do any more simplification.
 440   // Even simplifying demanded bits can break the canonical form of a
 441   // min/max.
 442   Value *LHS, *RHS;
 443   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0)))
 444     if (matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor != SPF_UNKNOWN)
 445       return nullptr;
 446
 447   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 448   // purpose is to compute bits we don't care about.
 449   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 450     return &CI;
 451
 452   Value *Src = CI.getOperand(0);
 453   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 454
 455   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 456   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 457   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 458   // strange.
 459   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 460       CanEvaluateTruncated(Src, DestTy, *this, &CI)) {
 461
 462     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 463     // eliminates the cast, so it is always a win.
 464     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 465           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 466     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 467     assert(Res->getType() == DestTy);
 468     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 469   }
 470
 471   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 472   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 473     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 474     Src = Builder->CreateAnd(Src, One);
 475     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 476     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 477   }
 478
 479   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 480   Value *A = nullptr; ConstantInt *Cst = nullptr;
 481   if (Src->hasOneUse() &&
 482       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 483     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 484     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 485     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 486     // between ASize and ResultSize.
 487     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 488
 489     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 490     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 491     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 492       return ReplaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(CI.getType()));
 493
 494     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 495     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 496     // type, then zero extend or truncate to the result.
 497     Value *Shift = Builder->CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 498     Shift->takeName(Src);
 499     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 500   }
 501
 502   // Transform trunc(lshr (sext A), Cst) to ashr A, Cst to eliminate type
 503   // conversion.
 504   // It works because bits coming from sign extension have the same value as
 505   // sign bit of the original value; performing ashr instead of lshr
 506   // generates bits of the same value as the sign bit.
 507   if (Src->hasOneUse() &&
 508       match(Src, m_LShr(m_SExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst))) &&
 509       cast<Instruction>(Src)->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 510     const unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 511     // This optimization can be only performed when zero bits generated by
 512     // the original lshr aren't pulled into the value after truncation, so we
 513     // can only shift by values smaller then the size of destination type (in
 514     // bits).
 515     if (Cst->getValue().ult(ASize)) {
 516       Value *Shift = Builder->CreateAShr(A, Cst->getZExtValue());
 517       Shift->takeName(Src);
 518       return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 519     }
 520   }
 521
 522   // Transform "trunc (and X, cst)" -> "and (trunc X), cst" so long as the dest
 523   // type isn't non-native.
 524   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(Src->getType()) &&
 525       ShouldChangeType(Src->getType(), CI.getType()) &&
 526       match(Src, m_And(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst)))) {
 527     Value *NewTrunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), A->getName()+".tr");
 528     return BinaryOperator::CreateAnd(NewTrunc,
 529                                      ConstantExpr::getTrunc(Cst, CI.getType()));
 530   }
 531
 532   return nullptr;
 533 }
 534
 535 /// transformZExtICmp - Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations
 536 /// in order to eliminate the icmp.
 537 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 538                                              bool DoXform) {
 539   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 540   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 541   // cast to integer to avoid the comparison.
 542   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 543     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 544
 545     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 546     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 547     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 548         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 549       if (!DoXform) return ICI;
 550
 551       Value *In = ICI->getOperand(0);
 552       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 553                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 554       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 555       if (In->getType() != CI.getType())
 556         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 557
 558       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 559         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 560         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 561       }
 562
 563       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 564     }
 565
 566     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 567     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 568     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 569     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 570     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 571     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 572     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 573     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 574     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 575         // This only works for EQ and NE
 576         ICI->isEquality()) {
 577       // If Op1C some other power of two, convert:
 578       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 579       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 580       computeKnownBits(ICI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 581
 582       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 583       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 584         if (!DoXform) return ICI;
 585
 586         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 587         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 588           // (X&4) == 2 --> false
 589           // (X&4) != 2 --> true
 590           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 591                                            isNE);
 592           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 593           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 594         }
 595
 596         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 597         Value *In = ICI->getOperand(0);
 598         if (ShiftAmt) {
 599           // Perform a logical shr by shiftamt.
 600           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 601           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 602                                    In->getName()+".lobit");
 603         }
 604
 605         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 606           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 607           In = Builder->CreateXor(In, One);
 608         }
 609
 610         if (CI.getType() == In->getType())
 611           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 612         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 613       }
 614     }
 615   }
 616
 617   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 618   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 619   // may lead to additional simplifications.
 620   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 621     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 622       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 623       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 624       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 625
 626       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 627       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 628       computeKnownBits(LHS, KnownZeroLHS, KnownOneLHS, 0, &CI);
 629       computeKnownBits(RHS, KnownZeroRHS, KnownOneRHS, 0, &CI);
 630
 631       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 632         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 633         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 634         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 635           if (!DoXform) return ICI;
 636
 637           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 638
 639           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 640           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 641             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 642                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 643
 644           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 645           Result = Builder->CreateLShr(
 646                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 647
 648           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 649             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 650           Result->takeName(ICI);
 651           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 652         }
 653       }
 654     }
 655   }
 656
 657   return nullptr;
 658 }
 659
 660 /// CanEvaluateZExtd - Determine if the specified value can be computed in the
 661 /// specified wider type and produce the same low bits.  If not, return false.
 662 ///
 663 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 664 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 665 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 666 /// out.  For example, to promote something like:
 667 ///
 668 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 669 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 670 ///   %E = zext i32 %C to i64
 671 ///
 672 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 673 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 674 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 675 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 676 ///
 677 /// This function works on both vectors and scalars.
 678 static bool CanEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear,
 679                              InstCombiner &IC, Instruction *CxtI) {
 680   BitsToClear = 0;
 681   if (isa<Constant>(V))
 682     return true;
 683
 684   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 685   if (!I) return false;
 686
 687   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 688   // eliminate it.
 689   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 690     return true;
 691
 692   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 693   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 694   if (!I->hasOneUse()) return false;
 695
 696   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 697   switch (Opc) {
 698   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 699   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 700   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 701     return true;
 702   case Instruction::And:
 703   case Instruction::Or:
 704   case Instruction::Xor:
 705   case Instruction::Add:
 706   case Instruction::Sub:
 707   case Instruction::Mul:
 708     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 709         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI))
 710       return false;
 711     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 712     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 713       return true;
 714
 715     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 716     // other side, BitsToClear is ok.
 717     if (Tmp == 0 &&
 718         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 719          Opc == Instruction::Xor)) {
 720       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 721       // about the most is constant RHS.
 722       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 723       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 724                                APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear),
 725                                0, CxtI))
 726         return true;
 727     }
 728
 729     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 730     return false;
 731
 732   case Instruction::Shl:
 733     // We can promote shl(x, cst) if we can promote x.  Since shl overwrites the
 734     // upper bits we can reduce BitsToClear by the shift amount.
 735     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 736       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 737         return false;
 738       uint64_t ShiftAmt = Amt->getZExtValue();
 739       BitsToClear = ShiftAmt < BitsToClear ? BitsToClear - ShiftAmt : 0;
 740       return true;
 741     }
 742     return false;
 743   case Instruction::LShr:
 744     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 745     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 746     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 747       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 748         return false;
 749       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 750       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 751         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 752       return true;
 753     }
 754     // Cannot promote variable LSHR.
 755     return false;
 756   case Instruction::Select:
 757     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 758         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 759         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 760         // known zero in the disagreeing side.
 761         Tmp != BitsToClear)
 762       return false;
 763     return true;
 764
 765   case Instruction::PHI: {
 766     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 767     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 768     // instructions with a single use.
 769     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 770     if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 771       return false;
 772     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 773       if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 774           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 775           // are known zero in the disagreeing input.
 776           Tmp != BitsToClear)
 777         return false;
 778     return true;
 779   }
 780   default:
 781     // TODO: Can handle more cases here.
 782     return false;
 783   }
 784 }
 785
 786 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 787   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
 788   // eliminated before we try to optimize this zext.
 789   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
 790     return nullptr;
 791
 792   // If one of the common conversion will work, do it.
 793   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 794     return Result;
 795
 796   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 797   // purpose is to compute bits we don't care about.
 798   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 799     return &CI;
 800
 801   Value *Src = CI.getOperand(0);
 802   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 803
 804   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 805   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 806   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 807   // strange.
 808   unsigned BitsToClear;
 809   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 810       CanEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear, *this, &CI)) {
 811     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 812            "Unreasonable BitsToClear");
 813
 814     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 815     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 816           " to avoid zero extend: " << CI);
 817     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 818     assert(Res->getType() == DestTy);
 819
 820     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 821     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 822
 823     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 824     // cast with the result.
 825     if (MaskedValueIsZero(Res,
 826                           APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 827                                                 DestBitSize-SrcBitsKept),
 828                              0, &CI))
 829       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 830
 831     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 832     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 833                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 834     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 835   }
 836
 837   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 838   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 839   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 840   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 841     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 842
 843     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 844     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 845     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 846     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 847     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 848     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 849     // If we're actually extending zero bits, then if
 850     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 851     // SrcSize == DstSize: a & mask
 852     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 853     if (SrcSize < DstSize) {
 854       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 855       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 856       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 857       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 858     }
 859
 860     if (SrcSize == DstSize) {
 861       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 862       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 863                                                            AndValue));
 864     }
 865     if (SrcSize > DstSize) {
 866       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType());
 867       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 868       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 869                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 870                                                         AndValue));
 871     }
 872   }
 873
 874   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 875     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 876
 877   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 878   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 879     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 880     // of the (zext icmp) will be transformed.
 881     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 882     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 883     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 884         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 885          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 886       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 887       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 888       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 889     }
 890   }
 891
 892   // zext(trunc(X) & C) -> (X & zext(C)).
 893   Constant *C;
 894   Value *X;
 895   if (SrcI &&
 896       match(SrcI, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Constant(C)))) &&
 897       X->getType() == CI.getType())
 898     return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 899
 900   // zext((trunc(X) & C) ^ C) -> ((X & zext(C)) ^ zext(C)).
 901   Value *And;
 902   if (SrcI && match(SrcI, m_OneUse(m_Xor(m_Value(And), m_Constant(C)))) &&
 903       match(And, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Specific(C)))) &&
 904       X->getType() == CI.getType()) {
 905     Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 906     return BinaryOperator::CreateXor(Builder->CreateAnd(X, ZC), ZC);
 907   }
 908
 909   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 910   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() &&
 911       SrcI->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1) &&
 912       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) && (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 913     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 914     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 915   }
 916
 917   return nullptr;
 918 }
 919
 920 /// transformSExtICmp - Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations
 921 /// in order to eliminate the icmp.
 922 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
 923   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
 924   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 925
 926   // Don't bother if Op1 isn't of vector or integer type.
 927   if (!Op1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
 928     return nullptr;
 929
 930   if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
 931     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
 932     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
 933     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isNullValue()) ||
 934         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
 935
 936       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
 937                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 938       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName()+".lobit");
 939       if (In->getType() != CI.getType())
 940         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 941
 942       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 943         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 944       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 945     }
 946   }
 947
 948   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 949     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
 950     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
 951     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
 952     if (ICI->hasOneUse() &&
 953         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
 954       unsigned BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 955       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 956       computeKnownBits(Op0, KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 957
 958       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 959       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
 960         Value *In = ICI->getOperand(0);
 961
 962         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
 963         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
 964           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
 965                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
 966                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
 967           return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
 968         }
 969
 970         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
 971           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
 972           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
 973           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
 974           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
 975           if (ShiftAmt)
 976             In = Builder->CreateLShr(In,
 977                                      ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 978
 979           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
 980           // {1, 0} -> {0, -1}.
 981           In = Builder->CreateAdd(In,
 982                                   ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
 983                                   "sext");
 984         } else {
 985           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 986           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 987           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
 988           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
 989           if (ShiftAmt)
 990             In = Builder->CreateShl(In,
 991                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 992
 993           // Distribute the bit over the whole bit width.
 994           In = Builder->CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
 995                                                         BitWidth - 1), "sext");
 996         }
 997
 998         if (CI.getType() == In->getType())
 999           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
1000         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
1001       }
1002     }
1003   }
1004
1005   return nullptr;
1006 }
1007
1008 /// CanEvaluateSExtd - Return true if we can take the specified value
1009 /// and return it as type Ty without inserting any new casts and without
1010 /// changing the value of the common low bits.  This is used by code that tries
1011 /// to promote integer operations to a wider types will allow us to eliminate
1012 /// the extension.
1013 ///
1014 /// This function works on both vectors and scalars.
1015 ///
1016 static bool CanEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
1017   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
1018          "Can't sign extend type to a smaller type");
1019   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
1020   if (isa<Constant>(V))
1021     return true;
1022
1023   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1024   if (!I) return false;
1025
1026   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
1027   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
1028     return true;
1029
1030   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
1031   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
1032   if (!I->hasOneUse()) return false;
1033
1034   switch (I->getOpcode()) {
1035   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1036   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1037   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1038     return true;
1039   case Instruction::And:
1040   case Instruction::Or:
1041   case Instruction::Xor:
1042   case Instruction::Add:
1043   case Instruction::Sub:
1044   case Instruction::Mul:
1045     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1046     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1047            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1048
1049   //case Instruction::Shl:   TODO
1050   //case Instruction::LShr:  TODO
1051
1052   case Instruction::Select:
1053     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1054            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1055
1056   case Instruction::PHI: {
1057     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1058     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1059     // instructions with a single use.
1060     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1061     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
1062       if (!CanEvaluateSExtd(IncValue, Ty)) return false;
1063     return true;
1064   }
1065   default:
1066     // TODO: Can handle more cases here.
1067     break;
1068   }
1069
1070   return false;
1071 }
1072
1073 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1074   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1075   // eliminated before we try to optimize this sext.
1076   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1077     return nullptr;
1078
1079   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1080     return I;
1081
1082   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
1083   // purpose is to compute bits we don't care about.
1084   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
1085     return &CI;
1086
1087   Value *Src = CI.getOperand(0);
1088   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1089
1090   // If we know that the value being extended is positive, we can use a zext
1091   // instead.
1092   bool KnownZero, KnownOne;
1093   ComputeSignBit(Src, KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
1094   if (KnownZero) {
1095     Value *ZExt = Builder->CreateZExt(Src, DestTy);
1096     return ReplaceInstUsesWith(CI, ZExt);
1097   }
1098
1099   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1100   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1101   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1102   // strange.
1103   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1104       CanEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1105     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1106     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1107           " to avoid sign extend: " << CI);
1108     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1109     assert(Res->getType() == DestTy);
1110
1111     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1112     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1113
1114     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1115     // cast with the result.
1116     if (ComputeNumSignBits(Res, 0, &CI) > DestBitSize - SrcBitSize)
1117       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
1118
1119     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1120     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1121     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1122                                       ShAmt);
1123   }
1124
1125   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
1126   // into shifts.
1127   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
1128     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
1129       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1130       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1131
1132       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1133       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1134       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
1135       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
1136     }
1137
1138   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1139     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1140
1141   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1142   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1143   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1144   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1145   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1146   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1147   //   %a = trunc i32 %i to i8
1148   //   %b = shl i8 %a, 6
1149   //   %c = ashr i8 %b, 6
1150   //   %d = sext i8 %c to i32
1151   // into:
1152   //   %a = shl i32 %i, 30
1153   //   %d = ashr i32 %a, 30
1154   Value *A = nullptr;
1155   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1156   ConstantInt *BA = nullptr, *CA = nullptr;
1157   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1158                         m_ConstantInt(CA))) &&
1159       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1160     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1161     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1162     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1163     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1164     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1165     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1166   }
1167
1168   return nullptr;
1169 }
1170
1171
1172 /// FitsInFPType - Return a Constant* for the specified FP constant if it fits
1173 /// in the specified FP type without changing its value.
1174 static Constant *FitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1175   bool losesInfo;
1176   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1177   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1178   if (!losesInfo)
1179     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1180   return nullptr;
1181 }
1182
1183 /// LookThroughFPExtensions - If this is an fp extension instruction, look
1184 /// through it until we get the source value.
1185 static Value *LookThroughFPExtensions(Value *V) {
1186   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1187     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1188       return LookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1189
1190   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1191   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1192   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1193   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1194     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1195       return V;  // No constant folding of this.
1196     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1197     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf))
1198       return V;
1199     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1200     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1201       return V;
1202     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1203       return V;  // Won't shrink.
1204     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1205       return V;
1206     // Don't try to shrink to various long double types.
1207   }
1208
1209   return V;
1210 }
1211
1212 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1213   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1214     return I;
1215   // If we have fptrunc(OpI (fpextend x), (fpextend y)), we would like to
1216   // simpilify this expression to avoid one or more of the trunc/extend
1217   // operations if we can do so without changing the numerical results.
1218   //
1219   // The exact manner in which the widths of the operands interact to limit
1220   // what we can and cannot do safely varies from operation to operation, and
1221   // is explained below in the various case statements.
1222   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1223   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1224     Value *LHSOrig = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1225     Value *RHSOrig = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1226     unsigned OpWidth = OpI->getType()->getFPMantissaWidth();
1227     unsigned LHSWidth = LHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1228     unsigned RHSWidth = RHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1229     unsigned SrcWidth = std::max(LHSWidth, RHSWidth);
1230     unsigned DstWidth = CI.getType()->getFPMantissaWidth();
1231     switch (OpI->getOpcode()) {
1232       default: break;
1233       case Instruction::FAdd:
1234       case Instruction::FSub:
1235         // For addition and subtraction, the infinitely precise result can
1236         // essentially be arbitrarily wide; proving that double rounding
1237         // will not occur because the result of OpI is exact (as we will for
1238         // FMul, for example) is hopeless.  However, we *can* nonetheless
1239         // frequently know that double rounding cannot occur (or that it is
1240         // innocuous) by taking advantage of the specific structure of
1241         // infinitely-precise results that admit double rounding.
1242         //
1243         // Specifically, if OpWidth >= 2*DstWdith+1 and DstWidth is sufficient
1244         // to represent both sources, we can guarantee that the double
1245         // rounding is innocuous (See p50 of Figueroa's 2000 PhD thesis,
1246         // "A Rigorous Framework for Fully Supporting the IEEE Standard ..."
1247         // for proof of this fact).
1248         //
1249         // Note: Figueroa does not consider the case where DstFormat !=
1250         // SrcFormat.  It's possible (likely even!) that this analysis
1251         // could be tightened for those cases, but they are rare (the main
1252         // case of interest here is (float)((double)float + float)).
1253         if (OpWidth >= 2*DstWidth+1 && DstWidth >= SrcWidth) {
1254           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1255             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1256           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1257             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1258           Instruction *RI =
1259             BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSOrig, RHSOrig);
1260           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1261           return RI;
1262         }
1263         break;
1264       case Instruction::FMul:
1265         // For multiplication, the infinitely precise result has at most
1266         // LHSWidth + RHSWidth significant bits; if OpWidth is sufficient
1267         // that such a value can be exactly represented, then no double
1268         // rounding can possibly occur; we can safely perform the operation
1269         // in the destination format if it can represent both sources.
1270         if (OpWidth >= LHSWidth + RHSWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1271           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1272             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1273           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1274             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1275           Instruction *RI =
1276             BinaryOperator::CreateFMul(LHSOrig, RHSOrig);
1277           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1278           return RI;
1279         }
1280         break;
1281       case Instruction::FDiv:
1282         // For division, we use again use the bound from Figueroa's
1283         // dissertation.  I am entirely certain that this bound can be
1284         // tightened in the unbalanced operand case by an analysis based on
1285         // the diophantine rational approximation bound, but the well-known
1286         // condition used here is a good conservative first pass.
1287         // TODO: Tighten bound via rigorous analysis of the unbalanced case.
1288         if (OpWidth >= 2*DstWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1289           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1290             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1291           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1292             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1293           Instruction *RI =
1294             BinaryOperator::CreateFDiv(LHSOrig, RHSOrig);
1295           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1296           return RI;
1297         }
1298         break;
1299       case Instruction::FRem:
1300         // Remainder is straightforward.  Remainder is always exact, so the
1301         // type of OpI doesn't enter into things at all.  We simply evaluate
1302         // in whichever source type is larger, then convert to the
1303         // destination type.
1304         if (SrcWidth == OpWidth)
1305           break;
1306         if (LHSWidth < SrcWidth)
1307           LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, RHSOrig->getType());
1308         else if (RHSWidth <= SrcWidth)
1309           RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, LHSOrig->getType());
1310         if (LHSOrig != OpI->getOperand(0) || RHSOrig != OpI->getOperand(1)) {
1311           Value *ExactResult = Builder->CreateFRem(LHSOrig, RHSOrig);
1312           if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(ExactResult))
1313             RI->copyFastMathFlags(OpI);
1314           return CastInst::CreateFPCast(ExactResult, CI.getType());
1315         }
1316     }
1317
1318     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1319     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1320       Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1),
1321                                                  CI.getType());
1322       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFNeg(InnerTrunc);
1323       RI->copyFastMathFlags(OpI);
1324       return RI;
1325     }
1326   }
1327
1328   // (fptrunc (select cond, R1, Cst)) -->
1329   // (select cond, (fptrunc R1), (fptrunc Cst))
1330   //
1331   //  - but only if this isn't part of a min/max operation, else we'll
1332   // ruin min/max canonical form which is to have the select and
1333   // compare's operands be of the same type with no casts to look through.
1334   Value *LHS, *RHS;
1335   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0));
1336   if (SI &&
1337       (isa<ConstantFP>(SI->getOperand(1)) ||
1338        isa<ConstantFP>(SI->getOperand(2))) &&
1339       matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor == SPF_UNKNOWN) {
1340     Value *LHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(1),
1341                                              CI.getType());
1342     Value *RHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(2),
1343                                              CI.getType());
1344     return SelectInst::Create(SI->getOperand(0), LHSTrunc, RHSTrunc);
1345   }
1346
1347   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI.getOperand(0));
1348   if (II) {
1349     switch (II->getIntrinsicID()) {
1350       default: break;
1351       case Intrinsic::fabs: {
1352         // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1353         Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(II->getArgOperand(0),
1354                                                    CI.getType());
1355         Type *IntrinsicType[] = { CI.getType() };
1356         Function *Overload =
1357           Intrinsic::getDeclaration(CI.getParent()->getParent()->getParent(),
1358                                     II->getIntrinsicID(), IntrinsicType);
1359
1360         Value *Args[] = { InnerTrunc };
1361         return CallInst::Create(Overload, Args, II->getName());
1362       }
1363     }
1364   }
1365
1366   return nullptr;
1367 }
1368
1369 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1370   return commonCastTransforms(CI);
1371 }
1372
1373 // fpto{s/u}i({u/s}itofp(X)) --> X or zext(X) or sext(X) or trunc(X)
1374 // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1375 // accurately represent all values of X.  For example, this won't work with
1376 // i64 -> float -> i64.
1377 Instruction *InstCombiner::FoldItoFPtoI(Instruction &FI) {
1378   if (!isa<UIToFPInst>(FI.getOperand(0)) && !isa<SIToFPInst>(FI.getOperand(0)))
1379     return nullptr;
1380   Instruction *OpI = cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1381
1382   Value *SrcI = OpI->getOperand(0);
1383   Type *FITy = FI.getType();
1384   Type *OpITy = OpI->getType();
1385   Type *SrcTy = SrcI->getType();
1386   bool IsInputSigned = isa<SIToFPInst>(OpI);
1387   bool IsOutputSigned = isa<FPToSIInst>(FI);
1388
1389   // We can safely assume the conversion won't overflow the output range,
1390   // because (for example) (uint8_t)18293.f is undefined behavior.
1391
1392   // Since we can assume the conversion won't overflow, our decision as to
1393   // whether the input will fit in the float should depend on the minimum
1394   // of the input range and output range.
1395
1396   // This means this is also safe for a signed input and unsigned output, since
1397   // a negative input would lead to undefined behavior.
1398   int InputSize = (int)SrcTy->getScalarSizeInBits() - IsInputSigned;
1399   int OutputSize = (int)FITy->getScalarSizeInBits() - IsOutputSigned;
1400   int ActualSize = std::min(InputSize, OutputSize);
1401
1402   if (ActualSize <= OpITy->getFPMantissaWidth()) {
1403     if (FITy->getScalarSizeInBits() > SrcTy->getScalarSizeInBits()) {
1404       if (IsInputSigned && IsOutputSigned)
1405         return new SExtInst(SrcI, FITy);
1406       return new ZExtInst(SrcI, FITy);
1407     }
1408     if (FITy->getScalarSizeInBits() < SrcTy->getScalarSizeInBits())
1409       return new TruncInst(SrcI, FITy);
1410     if (SrcTy == FITy)
1411       return ReplaceInstUsesWith(FI, SrcI);
1412     return new BitCastInst(SrcI, FITy);
1413   }
1414   return nullptr;
1415 }
1416
1417 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1418   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1419   if (!OpI)
1420     return commonCastTransforms(FI);
1421
1422   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1423     return I;
1424
1425   return commonCastTransforms(FI);
1426 }
1427
1428 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1429   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1430   if (!OpI)
1431     return commonCastTransforms(FI);
1432
1433   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1434     return I;
1435
1436   return commonCastTransforms(FI);
1437 }
1438
1439 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1440   return commonCastTransforms(CI);
1441 }
1442
1443 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1444   return commonCastTransforms(CI);
1445 }
1446
1447 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1448   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1449   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1450   // cast to be exposed to other transforms.
1451   unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1452   if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1453       DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1454     Type *Ty = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1455     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1456       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1457
1458     Value *P = Builder->CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1459     return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1460   }
1461
1462   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1463     return I;
1464
1465   return nullptr;
1466 }
1467
1468 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1469 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1470   Value *Src = CI.getOperand(0);
1471
1472   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1473     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1474     // this into a cast of the original pointer!
1475     if (GEP->hasAllZeroIndices() &&
1476         // If CI is an addrspacecast and GEP changes the poiner type, merging
1477         // GEP into CI would undo canonicalizing addrspacecast with different
1478         // pointer types, causing infinite loops.
1479         (!isa<AddrSpaceCastInst>(CI) ||
1480           GEP->getType() == GEP->getPointerOperand()->getType())) {
1481       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1482       // here because the pointer operand is being replaced with another
1483       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1484       Worklist.Add(GEP);
1485       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1486       return &CI;
1487     }
1488   }
1489
1490   return commonCastTransforms(CI);
1491 }
1492
1493 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1494   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1495   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1496   // to be exposed to other transforms.
1497
1498   Type *Ty = CI.getType();
1499   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1500
1501   if (Ty->getScalarSizeInBits() == DL.getPointerSizeInBits(AS))
1502     return commonPointerCastTransforms(CI);
1503
1504   Type *PtrTy = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1505   if (Ty->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1506     PtrTy = VectorType::get(PtrTy, Ty->getVectorNumElements());
1507
1508   Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), PtrTy);
1509   return CastInst::CreateIntegerCast(P, Ty, /*isSigned=*/false);
1510 }
1511
1512 /// OptimizeVectorResize - This input value (which is known to have vector type)
1513 /// is being zero extended or truncated to the specified vector type.  Try to
1514 /// replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1515 ///
1516 /// The source and destination vector types may have different element types.
1517 static Instruction *OptimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1518                                          InstCombiner &IC) {
1519   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1520   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1521   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1522   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1523
1524   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1525     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1526     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1527     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1528     // there yet.
1529     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1530         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1531       return nullptr;
1532
1533     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1534     InVal = IC.Builder->CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1535   }
1536
1537   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1538   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1539   // size of the input.
1540   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1541   Value *V2;
1542
1543   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1544     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1545     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1546     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1547     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1548       ShuffleMask.push_back(i);
1549
1550   } else {
1551     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1552     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1553     // from a constant zero.
1554     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1555     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1556     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1557       ShuffleMask.push_back(i);
1558
1559     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1560     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1561       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1562   }
1563
1564   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1565                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1566                                                        ShuffleMask));
1567 }
1568
1569 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1570   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1571 }
1572
1573 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1574   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1575 }
1576
1577 /// CollectInsertionElements - V is a value which is inserted into a vector of
1578 /// VecEltTy.  Look through the value to see if we can decompose it into
1579 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1580 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1581 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1582 /// Shift is the number of bits between the lsb of V and the lsb of
1583 /// the vector.
1584 ///
1585 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1586 /// filling in Elements with the elements found here.
1587 static bool CollectInsertionElements(Value *V, unsigned Shift,
1588                                      SmallVectorImpl<Value *> &Elements,
1589                                      Type *VecEltTy, bool isBigEndian) {
1590   assert(isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy) &&
1591          "Shift should be a multiple of the element type size");
1592
1593   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1594   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1595
1596   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1597   // right element.
1598   if (V->getType() == VecEltTy) {
1599     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1600     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1601       if (C->isNullValue())
1602         return true;
1603
1604     unsigned ElementIndex = getTypeSizeIndex(Shift, VecEltTy);
1605     if (isBigEndian)
1606       ElementIndex = Elements.size() - ElementIndex - 1;
1607
1608     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1609     if (Elements[ElementIndex])
1610       return false;
1611
1612     Elements[ElementIndex] = V;
1613     return true;
1614   }
1615
1616   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1617     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1618     // as required.
1619     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1620                                         VecEltTy);
1621     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1622     // it to the right type so it gets properly inserted.
1623     if (NumElts == 1)
1624       return CollectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1625                                       Shift, Elements, VecEltTy, isBigEndian);
1626
1627     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1628     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1629     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1630       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1631                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1632     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1633     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1634
1635     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1636       unsigned ShiftI = Shift+i*ElementSize;
1637       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1638                                                                   ShiftI));
1639       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1640       if (!CollectInsertionElements(Piece, ShiftI, Elements, VecEltTy,
1641                                     isBigEndian))
1642         return false;
1643     }
1644     return true;
1645   }
1646
1647   if (!V->hasOneUse()) return false;
1648
1649   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1650   if (!I) return false;
1651   switch (I->getOpcode()) {
1652   default: return false; // Unhandled case.
1653   case Instruction::BitCast:
1654     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1655                                     isBigEndian);
1656   case Instruction::ZExt:
1657     if (!isMultipleOfTypeSize(
1658                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1659                               VecEltTy))
1660       return false;
1661     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1662                                     isBigEndian);
1663   case Instruction::Or:
1664     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1665                                     isBigEndian) &&
1666            CollectInsertionElements(I->getOperand(1), Shift, Elements, VecEltTy,
1667                                     isBigEndian);
1668   case Instruction::Shl: {
1669     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1670     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1671     if (!CI) return false;
1672     Shift += CI->getZExtValue();
1673     if (!isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy)) return false;
1674     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1675                                     isBigEndian);
1676   }
1677
1678   }
1679 }
1680
1681
1682 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions - If the input is an 'or' instruction, we
1683 /// may be doing shifts and ors to assemble the elements of the vector manually.
1684 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1685 /// optimize code like this:
1686 ///
1687 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1688 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1689 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1690 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1691 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1692 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1693 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1694 ///
1695 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1696 static Value *OptimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1697                                                 InstCombiner &IC) {
1698   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1699   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1700
1701   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1702   if (!CollectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1703                                 DestVecTy->getElementType(),
1704                                 IC.getDataLayout().isBigEndian()))
1705     return nullptr;
1706
1707   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1708   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1709   // insertions.
1710   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1711   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1712     if (!Elements[i]) continue;  // Unset element.
1713
1714     Result = IC.Builder->CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1715                                              IC.Builder->getInt32(i));
1716   }
1717
1718   return Result;
1719 }
1720
1721
1722 /// OptimizeIntToFloatBitCast - See if we can optimize an integer->float/double
1723 /// bitcast.  The various long double bitcasts can't get in here.
1724 static Instruction *OptimizeIntToFloatBitCast(BitCastInst &CI, InstCombiner &IC,
1725                                               const DataLayout &DL) {
1726   Value *Src = CI.getOperand(0);
1727   Type *DestTy = CI.getType();
1728
1729   // If this is a bitcast from int to float, check to see if the int is an
1730   // extraction from a vector.
1731   Value *VecInput = nullptr;
1732   // bitcast(trunc(bitcast(somevector)))
1733   if (match(Src, m_Trunc(m_BitCast(m_Value(VecInput)))) &&
1734       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1735     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1736     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1737
1738     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0) {
1739       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1740       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1741       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1742         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1743                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1744         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1745       }
1746
1747       unsigned Elt = 0;
1748       if (DL.isBigEndian())
1749         Elt = VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth - 1;
1750       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1751     }
1752   }
1753
1754   // bitcast(trunc(lshr(bitcast(somevector), cst))
1755   ConstantInt *ShAmt = nullptr;
1756   if (match(Src, m_Trunc(m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
1757                                 m_ConstantInt(ShAmt)))) &&
1758       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1759     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1760     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1761     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0 &&
1762         ShAmt->getZExtValue() % DestWidth == 0) {
1763       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1764       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1765       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1766         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1767                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1768         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1769       }
1770
1771       unsigned Elt = ShAmt->getZExtValue() / DestWidth;
1772       if (DL.isBigEndian())
1773         Elt = VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth - 1 - Elt;
1774       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1775     }
1776   }
1777   return nullptr;
1778 }
1779
1780 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
1781   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
1782   // otherwise just apply the common ones.
1783   Value *Src = CI.getOperand(0);
1784   Type *SrcTy = Src->getType();
1785   Type *DestTy = CI.getType();
1786
1787   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
1788   // be replaced by the operand.
1789   if (DestTy == Src->getType())
1790     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1791
1792   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
1793     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
1794     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
1795     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
1796
1797     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
1798     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1799     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
1800     // needs to be cleaned up.
1801     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
1802       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
1803         return V;
1804
1805     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
1806     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
1807     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
1808     unsigned NumZeros = 0;
1809     while (SrcElTy != DstElTy &&
1810            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
1811            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1812       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(0U);
1813       ++NumZeros;
1814     }
1815
1816     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1817     if (SrcElTy == DstElTy) {
1818       SmallVector<Value *, 8> Idxs(NumZeros + 1, Builder->getInt32(0));
1819       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
1820     }
1821   }
1822
1823   // Try to optimize int -> float bitcasts.
1824   if ((DestTy->isFloatTy() || DestTy->isDoubleTy()) && isa<IntegerType>(SrcTy))
1825     if (Instruction *I = OptimizeIntToFloatBitCast(CI, *this, DL))
1826       return I;
1827
1828   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1829     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
1830       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1831       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1832                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1833       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1834     }
1835
1836     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
1837       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
1838       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
1839       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
1840       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
1841         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
1842         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
1843           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
1844             if (Instruction *I = OptimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
1845                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
1846               return I;
1847       }
1848
1849       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1850       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
1851       // and replace it with insertelements.
1852       if (Value *V = OptimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
1853         return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
1854     }
1855   }
1856
1857   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1858     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
1859       // If our destination is not a vector, then make this a straight
1860       // scalar-scalar cast.
1861       if (!DestTy->isVectorTy()) {
1862         Value *Elem =
1863           Builder->CreateExtractElement(Src,
1864                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1865         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1866       }
1867
1868       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
1869       // component directly.
1870       if (InsertElementInst *IEI =
1871             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
1872         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
1873                                 DestTy);
1874     }
1875   }
1876
1877   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1878     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1879     // a bitcast to a vector with the same # elts.
1880     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
1881         DestTy->getVectorNumElements() == SVI->getType()->getNumElements() &&
1882         SVI->getType()->getNumElements() ==
1883         SVI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements()) {
1884       BitCastInst *Tmp;
1885       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1886       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1887       // us to eliminate at least one cast.
1888       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1889            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1890           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1891            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1892         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1893         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1894         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1895         // know the vector types match #elts.
1896         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1897       }
1898     }
1899   }
1900
1901   if (SrcTy->isPointerTy())
1902     return commonPointerCastTransforms(CI);
1903   return commonCastTransforms(CI);
1904 }
1905
1906 Instruction *InstCombiner::visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI) {
1907   // If the destination pointer element type is not the same as the source's
1908   // first do a bitcast to the destination type, and then the addrspacecast.
1909   // This allows the cast to be exposed to other transforms.
1910   Value *Src = CI.getOperand(0);
1911   PointerType *SrcTy = cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType());
1912   PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI.getType()->getScalarType());
1913
1914   Type *DestElemTy = DestTy->getElementType();
1915   if (SrcTy->getElementType() != DestElemTy) {
1916     Type *MidTy = PointerType::get(DestElemTy, SrcTy->getAddressSpace());
1917     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
1918       // Handle vectors of pointers.
1919       MidTy = VectorType::get(MidTy, VT->getNumElements());
1920     }
1921
1922     Value *NewBitCast = Builder->CreateBitCast(Src, MidTy);
1923     return new AddrSpaceCastInst(NewBitCast, CI.getType());
1924   }
1925
1926   return commonPointerCastTransforms(CI);
1927 }