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