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/Target/TargetData.h"
  16 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  17 using namespace llvm;
  18 using namespace PatternMatch;
  19
  20 /// DecomposeSimpleLinearExpr - Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear
  21 /// expression.  If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  22 /// X*Scale+Offset.
  23 ///
  24 static Value *DecomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  25                                         int &Offset) {
  26   assert(Val->getType()->isIntegerTy(32) && "Unexpected allocation size type!");
  27   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  28     Offset = CI->getZExtValue();
  29     Scale  = 0;
  30     return ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Val->getContext()), 0);
  31   }
  32
  33   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  34     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  35       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  36         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  37         Scale = 1U << RHS->getZExtValue();
  38         Offset = 0;
  39         return I->getOperand(0);
  40       }
  41
  42       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  43         // This value is scaled by 'RHS'.
  44         Scale = RHS->getZExtValue();
  45         Offset = 0;
  46         return I->getOperand(0);
  47       }
  48
  49       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  50         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  51         // where C1 is divisible by C2.
  52         unsigned SubScale;
  53         Value *SubVal =
  54           DecomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  55         Offset += RHS->getZExtValue();
  56         Scale = SubScale;
  57         return SubVal;
  58       }
  59     }
  60   }
  61
  62   // Otherwise, we can't look past this.
  63   Scale = 1;
  64   Offset = 0;
  65   return Val;
  66 }
  67
  68 /// PromoteCastOfAllocation - If we find a cast of an allocation instruction,
  69 /// try to eliminate the cast by moving the type information into the alloc.
  70 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  71                                                    AllocaInst &AI) {
  72   // This requires TargetData to get the alloca alignment and size information.
  73   if (!TD) return 0;
  74
  75   const PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  76
  77   BuilderTy AllocaBuilder(*Builder);
  78   AllocaBuilder.SetInsertPoint(AI.getParent(), &AI);
  79
  80   // Get the type really allocated and the type casted to.
  81   const Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  82   const Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  83   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return 0;
  84
  85   unsigned AllocElTyAlign = TD->getABITypeAlignment(AllocElTy);
  86   unsigned CastElTyAlign = TD->getABITypeAlignment(CastElTy);
  87   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return 0;
  88
  89   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
  90   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
  91   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.  (A reference
  92   // from a dbg.declare doesn't count as a use for this purpose.)
  93   if (!AI.hasOneUse() && !hasOneUsePlusDeclare(&AI) &&
  94       CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return 0;
  95
  96   uint64_t AllocElTySize = TD->getTypeAllocSize(AllocElTy);
  97   uint64_t CastElTySize = TD->getTypeAllocSize(CastElTy);
  98   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return 0;
  99
 100   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 101   // size argument.
 102   unsigned ArraySizeScale;
 103   int ArrayOffset;
 104   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 105     DecomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 106
 107   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 108   // do the xform.
 109   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 110       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return 0;
 111
 112   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 113   Value *Amt = 0;
 114   if (Scale == 1) {
 115     Amt = NumElements;
 116   } else {
 117     Amt = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(CI.getContext()), Scale);
 118     // Insert before the alloca, not before the cast.
 119     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements, "tmp");
 120   }
 121
 122   if (int Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 123     Value *Off = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(CI.getContext()),
 124                                   Offset, true);
 125     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off, "tmp");
 126   }
 127
 128   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 129   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 130   New->takeName(&AI);
 131
 132   // If the allocation has one real use plus a dbg.declare, just remove the
 133   // declare.
 134   if (DbgDeclareInst *DI = hasOneUsePlusDeclare(&AI)) {
 135     EraseInstFromFunction(*(Instruction*)DI);
 136   }
 137   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 138   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 139   // will die soon.
 140   else if (!AI.hasOneUse()) {
 141     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 142     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 143     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 144     AI.replaceAllUsesWith(NewCast);
 145   }
 146   return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
 147 }
 148
 149
 150
 151 /// EvaluateInDifferentType - Given an expression that
 152 /// CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns true for, actually
 153 /// insert the code to evaluate the expression.
 154 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, const Type *Ty,
 155                                              bool isSigned) {
 156   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 157     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 158     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with TD info.
 159     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 160       C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
 161     return C;
 162   }
 163
 164   // Otherwise, it must be an instruction.
 165   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 166   Instruction *Res = 0;
 167   unsigned Opc = I->getOpcode();
 168   switch (Opc) {
 169   case Instruction::Add:
 170   case Instruction::Sub:
 171   case Instruction::Mul:
 172   case Instruction::And:
 173   case Instruction::Or:
 174   case Instruction::Xor:
 175   case Instruction::AShr:
 176   case Instruction::LShr:
 177   case Instruction::Shl:
 178   case Instruction::UDiv:
 179   case Instruction::URem: {
 180     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 181     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 182     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 183     break;
 184   }
 185   case Instruction::Trunc:
 186   case Instruction::ZExt:
 187   case Instruction::SExt:
 188     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 189     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 190     // new.
 191     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 192       return I->getOperand(0);
 193
 194     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 195     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 196     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 197                                       Opc == Instruction::SExt);
 198     break;
 199   case Instruction::Select: {
 200     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 201     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 202     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 203     break;
 204   }
 205   case Instruction::PHI: {
 206     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 207     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty);
 208     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 209       Value *V =EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 210       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 211     }
 212     Res = NPN;
 213     break;
 214   }
 215   default:
 216     // TODO: Can handle more cases here.
 217     llvm_unreachable("Unreachable!");
 218     break;
 219   }
 220
 221   Res->takeName(I);
 222   return InsertNewInstBefore(Res, *I);
 223 }
 224
 225
 226 /// This function is a wrapper around CastInst::isEliminableCastPair. It
 227 /// simply extracts arguments and returns what that function returns.
 228 static Instruction::CastOps
 229 isEliminableCastPair(
 230   const CastInst *CI, ///< The first cast instruction
 231   unsigned opcode,       ///< The opcode of the second cast instruction
 232   const Type *DstTy,     ///< The target type for the second cast instruction
 233   TargetData *TD         ///< The target data for pointer size
 234 ) {
 235
 236   const Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 237   const Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 238
 239   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 240   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 241   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 242
 243   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 244                                                 DstTy,
 245                                   TD ? TD->getIntPtrType(CI->getContext()) : 0);
 246
 247   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 248   // type that differs from the pointer size.
 249   if ((Res == Instruction::IntToPtr &&
 250           (!TD || SrcTy != TD->getIntPtrType(CI->getContext()))) ||
 251       (Res == Instruction::PtrToInt &&
 252           (!TD || DstTy != TD->getIntPtrType(CI->getContext()))))
 253     Res = 0;
 254
 255   return Instruction::CastOps(Res);
 256 }
 257
 258 /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 259 /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 260 /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 261 /// to do the simplification first.
 262 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 263                                       const Type *Ty) {
 264   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 265   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 266
 267   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 268   // eliminated.
 269   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 270     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, TD))
 271       return false;
 272
 273   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 274   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 275   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && isa<VectorType>(Ty))
 276     return false;
 277
 278   return true;
 279 }
 280
 281
 282 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 283 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 284   Value *Src = CI.getOperand(0);
 285
 286   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 287   // eliminate it now.
 288   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 289     if (Instruction::CastOps opc =
 290         isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), TD)) {
 291       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 292       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 293       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 294     }
 295   }
 296
 297   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 298   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 299     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 300       return NV;
 301
 302   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 303   if (isa<PHINode>(Src)) {
 304     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 305     // it is currently legal.
 306     if (!isa<IntegerType>(Src->getType()) ||
 307         !isa<IntegerType>(CI.getType()) ||
 308         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 309       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 310         return NV;
 311   }
 312
 313   return 0;
 314 }
 315
 316 /// CanEvaluateTruncated - Return true if we can evaluate the specified
 317 /// expression tree as type Ty instead of its larger type, and arrive with the
 318 /// same value.  This is used by code that tries to eliminate truncates.
 319 ///
 320 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 321 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 322 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 323 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 324 ///
 325 /// This function works on both vectors and scalars.
 326 ///
 327 static bool CanEvaluateTruncated(Value *V, const Type *Ty) {
 328   // We can always evaluate constants in another type.
 329   if (isa<Constant>(V))
 330     return true;
 331
 332   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 333   if (!I) return false;
 334
 335   const Type *OrigTy = V->getType();
 336
 337   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 338   // has multiple uses.
 339   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 340       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 341     return true;
 342
 343   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 344   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 345   if (!I->hasOneUse()) return false;
 346
 347   unsigned Opc = I->getOpcode();
 348   switch (Opc) {
 349   case Instruction::Add:
 350   case Instruction::Sub:
 351   case Instruction::Mul:
 352   case Instruction::And:
 353   case Instruction::Or:
 354   case Instruction::Xor:
 355     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 356     return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 357            CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 358
 359   case Instruction::UDiv:
 360   case Instruction::URem: {
 361     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 362     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 363     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 364     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 365       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 366       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask) &&
 367           MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask)) {
 368         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 369                CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 370       }
 371     }
 372     break;
 373   }
 374   case Instruction::Shl:
 375     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 376     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 377     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 378       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 379       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 380         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 381     }
 382     break;
 383   case Instruction::LShr:
 384     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 385     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 386     // already zeros.
 387     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 388       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 389       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 390       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 391             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
 392           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 393         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 394       }
 395     }
 396     break;
 397   case Instruction::Trunc:
 398     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 399     return true;
 400   case Instruction::Select: {
 401     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 402     return CanEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty) &&
 403            CanEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty);
 404   }
 405   case Instruction::PHI: {
 406     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 407     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 408     // instructions with a single use.
 409     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 410     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 411       if (!CanEvaluateTruncated(PN->getIncomingValue(i), Ty))
 412         return false;
 413     return true;
 414   }
 415   default:
 416     // TODO: Can handle more cases here.
 417     break;
 418   }
 419
 420   return false;
 421 }
 422
 423 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 424   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 425     return Result;
 426
 427   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 428   // purpose is to compute bits we don't care about.
 429   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 430     return &CI;
 431
 432   Value *Src = CI.getOperand(0);
 433   const Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 434
 435   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 436   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 437   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 438   // strange.
 439   if ((isa<VectorType>(DestTy) || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 440       CanEvaluateTruncated(Src, DestTy)) {
 441
 442     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 443     // eliminates the cast, so it is always a win.
 444     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 445           " to avoid cast: " << CI);
 446     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 447     assert(Res->getType() == DestTy);
 448     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 449   }
 450
 451   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 452   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 453     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 454     Src = Builder->CreateAnd(Src, One, "tmp");
 455     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 456     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 457   }
 458
 459   return 0;
 460 }
 461
 462 /// transformZExtICmp - Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations
 463 /// in order to eliminate the icmp.
 464 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 465                                              bool DoXform) {
 466   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 467   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 468   // cast to integer to avoid the comparison.
 469   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 470     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 471
 472     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 473     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 474     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 475         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 476       if (!DoXform) return ICI;
 477
 478       Value *In = ICI->getOperand(0);
 479       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 480                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 481       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 482       if (In->getType() != CI.getType())
 483         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/, "tmp");
 484
 485       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 486         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 487         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 488       }
 489
 490       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 491     }
 492
 493
 494
 495     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 496     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 497     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 498     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 499     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 500     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 501     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 502     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 503     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 504         // This only works for EQ and NE
 505         ICI->isEquality()) {
 506       // If Op1C some other power of two, convert:
 507       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 508       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 509       APInt TypeMask(APInt::getAllOnesValue(BitWidth));
 510       ComputeMaskedBits(ICI->getOperand(0), TypeMask, KnownZero, KnownOne);
 511
 512       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 513       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 514         if (!DoXform) return ICI;
 515
 516         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 517         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 518           // (X&4) == 2 --> false
 519           // (X&4) != 2 --> true
 520           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 521                                            isNE);
 522           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 523           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 524         }
 525
 526         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 527         Value *In = ICI->getOperand(0);
 528         if (ShiftAmt) {
 529           // Perform a logical shr by shiftamt.
 530           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 531           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 532                                    In->getName()+".lobit");
 533         }
 534
 535         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 536           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 537           In = Builder->CreateXor(In, One, "tmp");
 538         }
 539
 540         if (CI.getType() == In->getType())
 541           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 542         else
 543           return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 544       }
 545     }
 546   }
 547
 548   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 549   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 550   // may lead to additional simplifications.
 551   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 552     if (const IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 553       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 554       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 555       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 556
 557       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 558       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 559       APInt TypeMask(APInt::getAllOnesValue(BitWidth));
 560       ComputeMaskedBits(LHS, TypeMask, KnownZeroLHS, KnownOneLHS);
 561       ComputeMaskedBits(RHS, TypeMask, KnownZeroRHS, KnownOneRHS);
 562
 563       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 564         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 565         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 566         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 567           if (!DoXform) return ICI;
 568
 569           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 570
 571           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 572           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 573             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 574                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 575
 576           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 577           Result = Builder->CreateLShr(
 578                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 579
 580           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 581             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 582           Result->takeName(ICI);
 583           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 584         }
 585       }
 586     }
 587   }
 588
 589   return 0;
 590 }
 591
 592 /// CanEvaluateZExtd - Determine if the specified value can be computed in the
 593 /// specified wider type and produce the same low bits.  If not, return false.
 594 ///
 595 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 596 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 597 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 598 /// out.  For example, to promote something like:
 599 ///
 600 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 601 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 602 ///   %E = zext i32 %C to i64
 603 ///
 604 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 605 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 606 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 607 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 608 ///
 609 /// This function works on both vectors and scalars.
 610 static bool CanEvaluateZExtd(Value *V, const Type *Ty, unsigned &BitsToClear) {
 611   BitsToClear = 0;
 612   if (isa<Constant>(V))
 613     return true;
 614
 615   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 616   if (!I) return false;
 617
 618   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 619   // eliminate it, even if it has multiple uses.
 620   // FIXME: This is currently disabled until codegen can handle this without
 621   // pessimizing code, PR5997.
 622   if (0 && isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 623     return true;
 624
 625   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 626   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 627   if (!I->hasOneUse()) return false;
 628
 629   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 630   switch (Opc) {
 631   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 632   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 633   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 634     return true;
 635   case Instruction::And:
 636   case Instruction::Or:
 637   case Instruction::Xor:
 638   case Instruction::Add:
 639   case Instruction::Sub:
 640   case Instruction::Mul:
 641   case Instruction::Shl:
 642     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear) ||
 643         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp))
 644       return false;
 645     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 646     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 647       return true;
 648
 649     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 650     // other side, BitsToClear is ok.
 651     if (Tmp == 0 &&
 652         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 653          Opc == Instruction::Xor)) {
 654       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 655       // about the most is constant RHS.
 656       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 657       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 658                             APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear)))
 659         return true;
 660     }
 661
 662     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 663     return false;
 664
 665   case Instruction::LShr:
 666     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 667     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 668     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 669       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear))
 670         return false;
 671       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 672       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 673         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 674       return true;
 675     }
 676     // Cannot promote variable LSHR.
 677     return false;
 678   case Instruction::Select:
 679     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp) ||
 680         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear) ||
 681         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 682         // known zero in the disagreeing side.
 683         Tmp != BitsToClear)
 684       return false;
 685     return true;
 686
 687   case Instruction::PHI: {
 688     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 689     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 690     // instructions with a single use.
 691     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 692     if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear))
 693       return false;
 694     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 695       if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp) ||
 696           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 697           // are known zero in the disagreeing input.
 698           Tmp != BitsToClear)
 699         return false;
 700     return true;
 701   }
 702   default:
 703     // TODO: Can handle more cases here.
 704     return false;
 705   }
 706 }
 707
 708 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 709   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate by
 710   // eliminated before we try to optimize this zext.
 711   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
 712     return 0;
 713
 714   // If one of the common conversion will work, do it.
 715   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 716     return Result;
 717
 718   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 719   // purpose is to compute bits we don't care about.
 720   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 721     return &CI;
 722
 723   Value *Src = CI.getOperand(0);
 724   const Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 725
 726   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 727   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 728   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 729   // strange.
 730   unsigned BitsToClear;
 731   if ((isa<VectorType>(DestTy) || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 732       CanEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear)) {
 733     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 734            "Unreasonable BitsToClear");
 735
 736     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 737     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 738           " to avoid zero extend: " << CI);
 739     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 740     assert(Res->getType() == DestTy);
 741
 742     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 743     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 744
 745     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 746     // cast with the result.
 747     if (MaskedValueIsZero(Res, APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 748                                                      DestBitSize-SrcBitsKept)))
 749       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 750
 751     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 752     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 753                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 754     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 755   }
 756
 757   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 758   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 759   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 760   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 761     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 762
 763     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 764     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 765     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 766     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 767     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 768     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 769     // If we're actually extending zero bits, then if
 770     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 771     // SrcSize == DstSize: a & mask
 772     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 773     if (SrcSize < DstSize) {
 774       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 775       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 776       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 777       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 778     }
 779
 780     if (SrcSize == DstSize) {
 781       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 782       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 783                                                            AndValue));
 784     }
 785     if (SrcSize > DstSize) {
 786       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), "tmp");
 787       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 788       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 789                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 790                                                         AndValue));
 791     }
 792   }
 793
 794   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 795     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 796
 797   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 798   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 799     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 800     // of the (zext icmp) will be transformed.
 801     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 802     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 803     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 804         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 805          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 806       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 807       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 808       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 809     }
 810   }
 811
 812   // zext(trunc(t) & C) -> (t & zext(C)).
 813   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::And && SrcI->hasOneUse())
 814     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 815       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(SrcI->getOperand(0))) {
 816         Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 817         if (TI0->getType() == CI.getType())
 818           return
 819             BinaryOperator::CreateAnd(TI0,
 820                                 ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 821       }
 822
 823   // zext((trunc(t) & C) ^ C) -> ((t & zext(C)) ^ zext(C)).
 824   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Xor && SrcI->hasOneUse())
 825     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 826       if (BinaryOperator *And = dyn_cast<BinaryOperator>(SrcI->getOperand(0)))
 827         if (And->getOpcode() == Instruction::And && And->hasOneUse() &&
 828             And->getOperand(1) == C)
 829           if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(And->getOperand(0))) {
 830             Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 831             if (TI0->getType() == CI.getType()) {
 832               Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 833               Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(TI0, ZC, "tmp");
 834               return BinaryOperator::CreateXor(NewAnd, ZC);
 835             }
 836           }
 837
 838   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 839   Value *X;
 840   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() && SrcI->getType()->isIntegerTy(1) &&
 841       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) &&
 842       (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 843     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 844     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 845   }
 846
 847   return 0;
 848 }
 849
 850 /// CanEvaluateSExtd - Return true if we can take the specified value
 851 /// and return it as type Ty without inserting any new casts and without
 852 /// changing the value of the common low bits.  This is used by code that tries
 853 /// to promote integer operations to a wider types will allow us to eliminate
 854 /// the extension.
 855 ///
 856 /// This function works on both vectors and scalars.
 857 ///
 858 static bool CanEvaluateSExtd(Value *V, const Type *Ty) {
 859   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
 860          "Can't sign extend type to a smaller type");
 861   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
 862   if (isa<Constant>(V))
 863     return true;
 864
 865   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 866   if (!I) return false;
 867
 868   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it,
 869   // even if it has multiple uses.
 870   // FIXME: This is currently disabled until codegen can handle this without
 871   // pessimizing code, PR5997.
 872   if (0 && isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 873     return true;
 874
 875   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 876   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 877   if (!I->hasOneUse()) return false;
 878
 879   switch (I->getOpcode()) {
 880   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
 881   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
 882   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
 883     return true;
 884   case Instruction::And:
 885   case Instruction::Or:
 886   case Instruction::Xor:
 887   case Instruction::Add:
 888   case Instruction::Sub:
 889   case Instruction::Mul:
 890     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
 891     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
 892            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
 893
 894   //case Instruction::Shl:   TODO
 895   //case Instruction::LShr:  TODO
 896
 897   case Instruction::Select:
 898     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
 899            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
 900
 901   case Instruction::PHI: {
 902     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 903     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 904     // instructions with a single use.
 905     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 906     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 907       if (!CanEvaluateSExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty)) return false;
 908     return true;
 909   }
 910   default:
 911     // TODO: Can handle more cases here.
 912     break;
 913   }
 914
 915   return false;
 916 }
 917
 918 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
 919   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate by
 920   // eliminated before we try to optimize this zext.
 921   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
 922     return 0;
 923
 924   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
 925     return I;
 926
 927   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 928   // purpose is to compute bits we don't care about.
 929   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 930     return &CI;
 931
 932   Value *Src = CI.getOperand(0);
 933   const Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 934
 935   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 936   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 937   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 938   // strange.
 939   if ((isa<VectorType>(DestTy) || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 940       CanEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
 941     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 942     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 943           " to avoid sign extend: " << CI);
 944     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
 945     assert(Res->getType() == DestTy);
 946
 947     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
 948     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 949
 950     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
 951     // cast with the result.
 952     if (ComputeNumSignBits(Res) > DestBitSize - SrcBitSize)
 953       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 954
 955     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
 956     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
 957     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
 958                                       ShAmt);
 959   }
 960
 961   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
 962   // into shifts.
 963   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
 964     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
 965       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
 966       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 967
 968       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
 969       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
 970       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
 971       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
 972     }
 973
 974
 975   // (x <s 0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31   -> all ones if signed
 976   // (x >s -1) ? -1 : 0 -> ashr x, 31  -> all ones if not signed
 977   {
 978   ICmpInst::Predicate Pred; Value *CmpLHS; ConstantInt *CmpRHS;
 979   if (match(Src, m_ICmp(Pred, m_Value(CmpLHS), m_ConstantInt(CmpRHS)))) {
 980     // sext (x <s  0) to i32 --> x>>s31       true if signbit set.
 981     // sext (x >s -1) to i32 --> (x>>s31)^-1  true if signbit clear.
 982     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && CmpRHS->isZero()) ||
 983         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && CmpRHS->isAllOnesValue())) {
 984       Value *Sh = ConstantInt::get(CmpLHS->getType(),
 985                                    CmpLHS->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 986       Value *In = Builder->CreateAShr(CmpLHS, Sh, CmpLHS->getName()+".lobit");
 987       if (In->getType() != CI.getType())
 988         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/, "tmp");
 989
 990       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 991         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 992       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 993     }
 994   }
 995   }
 996
 997
 998   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
 999   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1000   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1001   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1002   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1003   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1004   //   %a = trunc i32 %i to i8
1005   //   %b = shl i8 %a, 6
1006   //   %c = ashr i8 %b, 6
1007   //   %d = sext i8 %c to i32
1008   // into:
1009   //   %a = shl i32 %i, 30
1010   //   %d = ashr i32 %a, 30
1011   Value *A = 0;
1012   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1013   ConstantInt *BA = 0, *CA = 0;
1014   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1015                         m_ConstantInt(CA))) &&
1016       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1017     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1018     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1019     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1020     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1021     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1022     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1023   }
1024
1025   return 0;
1026 }
1027
1028
1029 /// FitsInFPType - Return a Constant* for the specified FP constant if it fits
1030 /// in the specified FP type without changing its value.
1031 static Constant *FitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1032   bool losesInfo;
1033   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1034   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1035   if (!losesInfo)
1036     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1037   return 0;
1038 }
1039
1040 /// LookThroughFPExtensions - If this is an fp extension instruction, look
1041 /// through it until we get the source value.
1042 static Value *LookThroughFPExtensions(Value *V) {
1043   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1044     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1045       return LookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1046
1047   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1048   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1049   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1050   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1051     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1052       return V;  // No constant folding of this.
1053     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1054     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1055       return V;
1056     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1057       return V;  // Won't shrink.
1058     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1059       return V;
1060     // Don't try to shrink to various long double types.
1061   }
1062
1063   return V;
1064 }
1065
1066 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1067   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1068     return I;
1069
1070   // If we have fptrunc(fadd (fpextend x), (fpextend y)), where x and y are
1071   // smaller than the destination type, we can eliminate the truncate by doing
1072   // the add as the smaller type.  This applies to fadd/fsub/fmul/fdiv as well
1073   // as many builtins (sqrt, etc).
1074   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1075   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1076     switch (OpI->getOpcode()) {
1077     default: break;
1078     case Instruction::FAdd:
1079     case Instruction::FSub:
1080     case Instruction::FMul:
1081     case Instruction::FDiv:
1082     case Instruction::FRem:
1083       const Type *SrcTy = OpI->getType();
1084       Value *LHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1085       Value *RHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1086       if (LHSTrunc->getType() != SrcTy &&
1087           RHSTrunc->getType() != SrcTy) {
1088         unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1089         // If the source types were both smaller than the destination type of
1090         // the cast, do this xform.
1091         if (LHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize &&
1092             RHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize) {
1093           LHSTrunc = Builder->CreateFPExt(LHSTrunc, CI.getType());
1094           RHSTrunc = Builder->CreateFPExt(RHSTrunc, CI.getType());
1095           return BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSTrunc, RHSTrunc);
1096         }
1097       }
1098       break;
1099     }
1100   }
1101   return 0;
1102 }
1103
1104 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1105   return commonCastTransforms(CI);
1106 }
1107
1108 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1109   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1110   if (OpI == 0)
1111     return commonCastTransforms(FI);
1112
1113   // fptoui(uitofp(X)) --> X
1114   // fptoui(sitofp(X)) --> X
1115   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1116   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1117   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1118   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1119   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1120       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1121       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() < /*extra bit for sign */
1122                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1123     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1124
1125   return commonCastTransforms(FI);
1126 }
1127
1128 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1129   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1130   if (OpI == 0)
1131     return commonCastTransforms(FI);
1132
1133   // fptosi(sitofp(X)) --> X
1134   // fptosi(uitofp(X)) --> X
1135   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1136   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1137   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1138   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1139   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1140       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1141       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() <=
1142                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1143     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1144
1145   return commonCastTransforms(FI);
1146 }
1147
1148 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1149   return commonCastTransforms(CI);
1150 }
1151
1152 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1153   return commonCastTransforms(CI);
1154 }
1155
1156 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1157   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1158   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1159   // cast to be exposed to other transforms.
1160   if (TD) {
1161     if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() >
1162         TD->getPointerSizeInBits()) {
1163       Value *P = Builder->CreateTrunc(CI.getOperand(0),
1164                                       TD->getIntPtrType(CI.getContext()), "tmp");
1165       return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1166     }
1167     if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() <
1168         TD->getPointerSizeInBits()) {
1169       Value *P = Builder->CreateZExt(CI.getOperand(0),
1170                                      TD->getIntPtrType(CI.getContext()), "tmp");
1171       return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1172     }
1173   }
1174
1175   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1176     return I;
1177
1178   return 0;
1179 }
1180
1181 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1182 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1183   Value *Src = CI.getOperand(0);
1184
1185   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1186     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1187     // this into a cast of the original pointer!
1188     if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
1189       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1190       // here because the pointer operand is being replaced with another
1191       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1192       Worklist.Add(GEP);
1193       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1194       return &CI;
1195     }
1196
1197     // If the GEP has a single use, and the base pointer is a bitcast, and the
1198     // GEP computes a constant offset, see if we can convert these three
1199     // instructions into fewer.  This typically happens with unions and other
1200     // non-type-safe code.
1201     if (TD && GEP->hasOneUse() && isa<BitCastInst>(GEP->getOperand(0)) &&
1202         GEP->hasAllConstantIndices()) {
1203       // We are guaranteed to get a constant from EmitGEPOffset.
1204       ConstantInt *OffsetV = cast<ConstantInt>(EmitGEPOffset(GEP));
1205       int64_t Offset = OffsetV->getSExtValue();
1206
1207       // Get the base pointer input of the bitcast, and the type it points to.
1208       Value *OrigBase = cast<BitCastInst>(GEP->getOperand(0))->getOperand(0);
1209       const Type *GEPIdxTy =
1210       cast<PointerType>(OrigBase->getType())->getElementType();
1211       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1212       if (FindElementAtOffset(GEPIdxTy, Offset, NewIndices)) {
1213         // If we were able to index down into an element, create the GEP
1214         // and bitcast the result.  This eliminates one bitcast, potentially
1215         // two.
1216         Value *NGEP = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
1217         Builder->CreateInBoundsGEP(OrigBase,
1218                                    NewIndices.begin(), NewIndices.end()) :
1219         Builder->CreateGEP(OrigBase, NewIndices.begin(), NewIndices.end());
1220         NGEP->takeName(GEP);
1221
1222         if (isa<BitCastInst>(CI))
1223           return new BitCastInst(NGEP, CI.getType());
1224         assert(isa<PtrToIntInst>(CI));
1225         return new PtrToIntInst(NGEP, CI.getType());
1226       }
1227     }
1228   }
1229
1230   return commonCastTransforms(CI);
1231 }
1232
1233 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1234   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1235   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1236   // to be exposed to other transforms.
1237   if (TD) {
1238     if (CI.getType()->getScalarSizeInBits() < TD->getPointerSizeInBits()) {
1239       Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0),
1240                                          TD->getIntPtrType(CI.getContext()),
1241                                          "tmp");
1242       return new TruncInst(P, CI.getType());
1243     }
1244     if (CI.getType()->getScalarSizeInBits() > TD->getPointerSizeInBits()) {
1245       Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0),
1246                                          TD->getIntPtrType(CI.getContext()),
1247                                          "tmp");
1248       return new ZExtInst(P, CI.getType());
1249     }
1250   }
1251
1252   return commonPointerCastTransforms(CI);
1253 }
1254
1255 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
1256   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
1257   // otherwise just apply the common ones.
1258   Value *Src = CI.getOperand(0);
1259   const Type *SrcTy = Src->getType();
1260   const Type *DestTy = CI.getType();
1261
1262   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
1263   // be replaced by the operand.
1264   if (DestTy == Src->getType())
1265     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1266
1267   if (const PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
1268     const PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
1269     const Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
1270     const Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
1271
1272     // If the address spaces don't match, don't eliminate the bitcast, which is
1273     // required for changing types.
1274     if (SrcPTy->getAddressSpace() != DstPTy->getAddressSpace())
1275       return 0;
1276
1277     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
1278     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1279     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
1280     // needs to be cleaned up.
1281     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
1282       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
1283         return V;
1284
1285     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
1286     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
1287     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
1288     Constant *ZeroUInt =
1289       Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext()));
1290     unsigned NumZeros = 0;
1291     while (SrcElTy != DstElTy &&
1292            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !isa<PointerType>(SrcElTy) &&
1293            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1294       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(ZeroUInt);
1295       ++NumZeros;
1296     }
1297
1298     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1299     if (SrcElTy == DstElTy) {
1300       SmallVector<Value*, 8> Idxs(NumZeros+1, ZeroUInt);
1301       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs.begin(), Idxs.end(),"",
1302                                                ((Instruction*)NULL));
1303     }
1304   }
1305
1306   if (const VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1307     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !isa<VectorType>(SrcTy)) {
1308       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1309       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1310                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1311       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1312     }
1313   }
1314
1315   if (const VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1316     if (SrcVTy->getNumElements() == 1 && !isa<VectorType>(DestTy)) {
1317       Value *Elem =
1318         Builder->CreateExtractElement(Src,
1319                    Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1320       return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1321     }
1322   }
1323
1324   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1325     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1326     // a bitconvert to a vector with the same # elts.
1327     if (SVI->hasOneUse() && isa<VectorType>(DestTy) &&
1328         cast<VectorType>(DestTy)->getNumElements() ==
1329               SVI->getType()->getNumElements() &&
1330         SVI->getType()->getNumElements() ==
1331           cast<VectorType>(SVI->getOperand(0)->getType())->getNumElements()) {
1332       BitCastInst *Tmp;
1333       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1334       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1335       // us to eliminate at least one cast.
1336       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1337            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1338           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1339            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1340         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1341         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1342         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1343         // know the vector types match #elts.
1344         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1345       }
1346     }
1347   }
1348
1349   if (isa<PointerType>(SrcTy))
1350     return commonPointerCastTransforms(CI);
1351   return commonCastTransforms(CI);
1352 }