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