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/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 /// DecomposeSimpleLinearExpr - Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear
  23 /// expression.  If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  24 /// X*Scale+Offset.
  25 ///
  26 static Value *DecomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  27                                         uint64_t &Offset) {
  28   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  29     Offset = CI->getZExtValue();
  30     Scale  = 0;
  31     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  32   }
  33
  34   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  35     // Cannot look past anything that might overflow.
  36     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  37     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  38       Scale = 1;
  39       Offset = 0;
  40       return Val;
  41     }
  42
  43     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  44       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  45         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  46         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  47         Offset = 0;
  48         return I->getOperand(0);
  49       }
  50
  51       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  52         // This value is scaled by 'RHS'.
  53         Scale = RHS->getZExtValue();
  54         Offset = 0;
  55         return I->getOperand(0);
  56       }
  57
  58       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  59         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  60         // where C1 is divisible by C2.
  61         unsigned SubScale;
  62         Value *SubVal =
  63           DecomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  64         Offset += RHS->getZExtValue();
  65         Scale = SubScale;
  66         return SubVal;
  67       }
  68     }
  69   }
  70
  71   // Otherwise, we can't look past this.
  72   Scale = 1;
  73   Offset = 0;
  74   return Val;
  75 }
  76
  77 /// PromoteCastOfAllocation - If we find a cast of an allocation instruction,
  78 /// try to eliminate the cast by moving the type information into the alloc.
  79 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  80                                                    AllocaInst &AI) {
  81   // This requires DataLayout to get the alloca alignment and size information.
  82   if (!TD) return 0;
  83
  84   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  85
  86   BuilderTy AllocaBuilder(*Builder);
  87   AllocaBuilder.SetInsertPoint(AI.getParent(), &AI);
  88
  89   // Get the type really allocated and the type casted to.
  90   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  91   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  92   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return 0;
  93
  94   unsigned AllocElTyAlign = TD->getABITypeAlignment(AllocElTy);
  95   unsigned CastElTyAlign = TD->getABITypeAlignment(CastElTy);
  96   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return 0;
  97
  98   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
  99   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
 100   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 101   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return 0;
 102
 103   uint64_t AllocElTySize = TD->getTypeAllocSize(AllocElTy);
 104   uint64_t CastElTySize = TD->getTypeAllocSize(CastElTy);
 105   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return 0;
 106
 107   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 108   // size argument.
 109   unsigned ArraySizeScale;
 110   uint64_t ArrayOffset;
 111   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 112     DecomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 113
 114   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 115   // do the xform.
 116   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 117       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return 0;
 118
 119   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 120   Value *Amt = 0;
 121   if (Scale == 1) {
 122     Amt = NumElements;
 123   } else {
 124     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 125     // Insert before the alloca, not before the cast.
 126     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 127   }
 128
 129   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 130     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 131                                   Offset, true);
 132     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 133   }
 134
 135   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 136   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 137   New->takeName(&AI);
 138
 139   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 140   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 141   // will die soon.
 142   if (!AI.hasOneUse()) {
 143     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 144     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 145     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 146     ReplaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 147   }
 148   return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
 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, 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, TLI);
 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, OPN->getNumIncomingValues());
 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   }
 219
 220   Res->takeName(I);
 221   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 222 }
 223
 224
 225 /// This function is a wrapper around CastInst::isEliminableCastPair. It
 226 /// simply extracts arguments and returns what that function returns.
 227 static Instruction::CastOps
 228 isEliminableCastPair(
 229   const CastInst *CI, ///< The first cast instruction
 230   unsigned opcode,       ///< The opcode of the second cast instruction
 231   Type *DstTy,     ///< The target type for the second cast instruction
 232   DataLayout *TD         ///< The target data for pointer size
 233 ) {
 234
 235   Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 236   Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 237
 238   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 239   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 240   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 241
 242   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 243                                                 DstTy,
 244                                   TD ? TD->getIntPtrType(CI->getContext()) : 0);
 245
 246   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 247   // type that differs from the pointer size.
 248   if ((Res == Instruction::IntToPtr &&
 249           (!TD || SrcTy != TD->getIntPtrType(CI->getContext()))) ||
 250       (Res == Instruction::PtrToInt &&
 251           (!TD || DstTy != TD->getIntPtrType(CI->getContext()))))
 252     Res = 0;
 253
 254   return Instruction::CastOps(Res);
 255 }
 256
 257 /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 258 /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 259 /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 260 /// to do the simplification first.
 261 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 262                                       Type *Ty) {
 263   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 264   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 265
 266   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 267   // eliminated.
 268   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 269     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, TD))
 270       return false;
 271
 272   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 273   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 274   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && Ty->isVectorTy())
 275     return false;
 276
 277   return true;
 278 }
 279
 280
 281 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 282 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 283   Value *Src = CI.getOperand(0);
 284
 285   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 286   // eliminate it now.
 287   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 288     if (Instruction::CastOps opc =
 289         isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), TD)) {
 290       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 291       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 292       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 293     }
 294   }
 295
 296   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 297   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 298     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 299       return NV;
 300
 301   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 302   if (isa<PHINode>(Src)) {
 303     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 304     // it is currently legal.
 305     if (!Src->getType()->isIntegerTy() ||
 306         !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 307         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 308       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 309         return NV;
 310   }
 311
 312   return 0;
 313 }
 314
 315 /// CanEvaluateTruncated - Return true if we can evaluate the specified
 316 /// expression tree as type Ty instead of its larger type, and arrive with the
 317 /// same value.  This is used by code that tries to eliminate truncates.
 318 ///
 319 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 320 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 321 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 322 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 323 ///
 324 /// This function works on both vectors and scalars.
 325 ///
 326 static bool CanEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty) {
 327   // We can always evaluate constants in another type.
 328   if (isa<Constant>(V))
 329     return true;
 330
 331   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 332   if (!I) return false;
 333
 334   Type *OrigTy = V->getType();
 335
 336   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 337   // has multiple uses.
 338   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 339       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 340     return true;
 341
 342   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 343   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 344   if (!I->hasOneUse()) return false;
 345
 346   unsigned Opc = I->getOpcode();
 347   switch (Opc) {
 348   case Instruction::Add:
 349   case Instruction::Sub:
 350   case Instruction::Mul:
 351   case Instruction::And:
 352   case Instruction::Or:
 353   case Instruction::Xor:
 354     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 355     return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 356            CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 357
 358   case Instruction::UDiv:
 359   case Instruction::URem: {
 360     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 361     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 362     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 363     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 364       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 365       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask) &&
 366           MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask)) {
 367         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 368                CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 369       }
 370     }
 371     break;
 372   }
 373   case Instruction::Shl:
 374     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 375     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 376     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 377       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 378       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 379         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 380     }
 381     break;
 382   case Instruction::LShr:
 383     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 384     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 385     // already zeros.
 386     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 387       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 388       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 389       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 390             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
 391           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 392         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 393       }
 394     }
 395     break;
 396   case Instruction::Trunc:
 397     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 398     return true;
 399   case Instruction::ZExt:
 400   case Instruction::SExt:
 401     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 402     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 403     return true;
 404   case Instruction::Select: {
 405     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 406     return CanEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty) &&
 407            CanEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty);
 408   }
 409   case Instruction::PHI: {
 410     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 411     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 412     // instructions with a single use.
 413     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 414     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 415       if (!CanEvaluateTruncated(PN->getIncomingValue(i), Ty))
 416         return false;
 417     return true;
 418   }
 419   default:
 420     // TODO: Can handle more cases here.
 421     break;
 422   }
 423
 424   return false;
 425 }
 426
 427 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 428   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 429     return Result;
 430
 431   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 432   // purpose is to compute bits we don't care about.
 433   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 434     return &CI;
 435
 436   Value *Src = CI.getOperand(0);
 437   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 438
 439   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 440   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 441   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 442   // strange.
 443   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 444       CanEvaluateTruncated(Src, DestTy)) {
 445
 446     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 447     // eliminates the cast, so it is always a win.
 448     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 449           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 450     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 451     assert(Res->getType() == DestTy);
 452     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 453   }
 454
 455   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 456   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 457     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 458     Src = Builder->CreateAnd(Src, One);
 459     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 460     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 461   }
 462
 463   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 464   Value *A = 0; ConstantInt *Cst = 0;
 465   if (Src->hasOneUse() &&
 466       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 467     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 468     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 469     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 470     // between ASize and ResultSize.
 471     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 472
 473     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 474     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 475     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 476       return ReplaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(CI.getType()));
 477
 478     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 479     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 480     // type, then zero extend or truncate to the result.
 481     Value *Shift = Builder->CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 482     Shift->takeName(Src);
 483     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 484   }
 485
 486   // Transform "trunc (and X, cst)" -> "and (trunc X), cst" so long as the dest
 487   // type isn't non-native.
 488   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(Src->getType()) &&
 489       ShouldChangeType(Src->getType(), CI.getType()) &&
 490       match(Src, m_And(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst)))) {
 491     Value *NewTrunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), A->getName()+".tr");
 492     return BinaryOperator::CreateAnd(NewTrunc,
 493                                      ConstantExpr::getTrunc(Cst, CI.getType()));
 494   }
 495
 496   return 0;
 497 }
 498
 499 /// transformZExtICmp - Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations
 500 /// in order to eliminate the icmp.
 501 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 502                                              bool DoXform) {
 503   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 504   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 505   // cast to integer to avoid the comparison.
 506   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 507     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 508
 509     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 510     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 511     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 512         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 513       if (!DoXform) return ICI;
 514
 515       Value *In = ICI->getOperand(0);
 516       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 517                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 518       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 519       if (In->getType() != CI.getType())
 520         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 521
 522       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 523         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 524         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 525       }
 526
 527       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 528     }
 529
 530     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 531     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 532     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 533     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 534     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 535     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 536     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 537     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 538     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 539         // This only works for EQ and NE
 540         ICI->isEquality()) {
 541       // If Op1C some other power of two, convert:
 542       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 543       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 544       ComputeMaskedBits(ICI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne);
 545
 546       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 547       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 548         if (!DoXform) return ICI;
 549
 550         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 551         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 552           // (X&4) == 2 --> false
 553           // (X&4) != 2 --> true
 554           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 555                                            isNE);
 556           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 557           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 558         }
 559
 560         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 561         Value *In = ICI->getOperand(0);
 562         if (ShiftAmt) {
 563           // Perform a logical shr by shiftamt.
 564           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 565           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 566                                    In->getName()+".lobit");
 567         }
 568
 569         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 570           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 571           In = Builder->CreateXor(In, One);
 572         }
 573
 574         if (CI.getType() == In->getType())
 575           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 576         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 577       }
 578     }
 579   }
 580
 581   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 582   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 583   // may lead to additional simplifications.
 584   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 585     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 586       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 587       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 588       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 589
 590       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 591       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 592       ComputeMaskedBits(LHS, KnownZeroLHS, KnownOneLHS);
 593       ComputeMaskedBits(RHS, KnownZeroRHS, KnownOneRHS);
 594
 595       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 596         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 597         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 598         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 599           if (!DoXform) return ICI;
 600
 601           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 602
 603           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 604           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 605             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 606                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 607
 608           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 609           Result = Builder->CreateLShr(
 610                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 611
 612           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 613             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 614           Result->takeName(ICI);
 615           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 616         }
 617       }
 618     }
 619   }
 620
 621   return 0;
 622 }
 623
 624 /// CanEvaluateZExtd - Determine if the specified value can be computed in the
 625 /// specified wider type and produce the same low bits.  If not, return false.
 626 ///
 627 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 628 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 629 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 630 /// out.  For example, to promote something like:
 631 ///
 632 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 633 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 634 ///   %E = zext i32 %C to i64
 635 ///
 636 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 637 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 638 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 639 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 640 ///
 641 /// This function works on both vectors and scalars.
 642 static bool CanEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear) {
 643   BitsToClear = 0;
 644   if (isa<Constant>(V))
 645     return true;
 646
 647   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 648   if (!I) return false;
 649
 650   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 651   // eliminate it.
 652   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 653     return true;
 654
 655   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 656   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 657   if (!I->hasOneUse()) return false;
 658
 659   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 660   switch (Opc) {
 661   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 662   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 663   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 664     return true;
 665   case Instruction::And:
 666   case Instruction::Or:
 667   case Instruction::Xor:
 668   case Instruction::Add:
 669   case Instruction::Sub:
 670   case Instruction::Mul:
 671   case Instruction::Shl:
 672     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear) ||
 673         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp))
 674       return false;
 675     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 676     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 677       return true;
 678
 679     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 680     // other side, BitsToClear is ok.
 681     if (Tmp == 0 &&
 682         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 683          Opc == Instruction::Xor)) {
 684       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 685       // about the most is constant RHS.
 686       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 687       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 688                             APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear)))
 689         return true;
 690     }
 691
 692     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 693     return false;
 694
 695   case Instruction::LShr:
 696     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 697     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 698     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 699       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear))
 700         return false;
 701       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 702       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 703         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 704       return true;
 705     }
 706     // Cannot promote variable LSHR.
 707     return false;
 708   case Instruction::Select:
 709     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp) ||
 710         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear) ||
 711         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 712         // known zero in the disagreeing side.
 713         Tmp != BitsToClear)
 714       return false;
 715     return true;
 716
 717   case Instruction::PHI: {
 718     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 719     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 720     // instructions with a single use.
 721     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 722     if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear))
 723       return false;
 724     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 725       if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp) ||
 726           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 727           // are known zero in the disagreeing input.
 728           Tmp != BitsToClear)
 729         return false;
 730     return true;
 731   }
 732   default:
 733     // TODO: Can handle more cases here.
 734     return false;
 735   }
 736 }
 737
 738 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 739   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate by
 740   // eliminated before we try to optimize this zext.
 741   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
 742     return 0;
 743
 744   // If one of the common conversion will work, do it.
 745   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 746     return Result;
 747
 748   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 749   // purpose is to compute bits we don't care about.
 750   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 751     return &CI;
 752
 753   Value *Src = CI.getOperand(0);
 754   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 755
 756   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 757   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 758   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 759   // strange.
 760   unsigned BitsToClear;
 761   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 762       CanEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear)) {
 763     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 764            "Unreasonable BitsToClear");
 765
 766     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 767     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 768           " to avoid zero extend: " << CI);
 769     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 770     assert(Res->getType() == DestTy);
 771
 772     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 773     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 774
 775     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 776     // cast with the result.
 777     if (MaskedValueIsZero(Res, APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 778                                                      DestBitSize-SrcBitsKept)))
 779       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 780
 781     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 782     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 783                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 784     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 785   }
 786
 787   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 788   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 789   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 790   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 791     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 792
 793     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 794     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 795     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 796     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 797     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 798     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 799     // If we're actually extending zero bits, then if
 800     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 801     // SrcSize == DstSize: a & mask
 802     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 803     if (SrcSize < DstSize) {
 804       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 805       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 806       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 807       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 808     }
 809
 810     if (SrcSize == DstSize) {
 811       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 812       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 813                                                            AndValue));
 814     }
 815     if (SrcSize > DstSize) {
 816       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType());
 817       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 818       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 819                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 820                                                         AndValue));
 821     }
 822   }
 823
 824   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 825     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 826
 827   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 828   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 829     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 830     // of the (zext icmp) will be transformed.
 831     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 832     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 833     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 834         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 835          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 836       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 837       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 838       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 839     }
 840   }
 841
 842   // zext(trunc(t) & C) -> (t & zext(C)).
 843   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::And && SrcI->hasOneUse())
 844     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 845       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(SrcI->getOperand(0))) {
 846         Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 847         if (TI0->getType() == CI.getType())
 848           return
 849             BinaryOperator::CreateAnd(TI0,
 850                                 ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 851       }
 852
 853   // zext((trunc(t) & C) ^ C) -> ((t & zext(C)) ^ zext(C)).
 854   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Xor && SrcI->hasOneUse())
 855     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 856       if (BinaryOperator *And = dyn_cast<BinaryOperator>(SrcI->getOperand(0)))
 857         if (And->getOpcode() == Instruction::And && And->hasOneUse() &&
 858             And->getOperand(1) == C)
 859           if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(And->getOperand(0))) {
 860             Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 861             if (TI0->getType() == CI.getType()) {
 862               Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 863               Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(TI0, ZC);
 864               return BinaryOperator::CreateXor(NewAnd, ZC);
 865             }
 866           }
 867
 868   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 869   Value *X;
 870   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() && SrcI->getType()->isIntegerTy(1) &&
 871       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) &&
 872       (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 873     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 874     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 875   }
 876
 877   return 0;
 878 }
 879
 880 /// transformSExtICmp - Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations
 881 /// in order to eliminate the icmp.
 882 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
 883   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
 884   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 885
 886   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 887     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
 888     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
 889     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isZero()) ||
 890         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
 891
 892       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
 893                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 894       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName()+".lobit");
 895       if (In->getType() != CI.getType())
 896         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 897
 898       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 899         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 900       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 901     }
 902
 903     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
 904     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
 905     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
 906     if (ICI->hasOneUse() &&
 907         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
 908       unsigned BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 909       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 910       ComputeMaskedBits(Op0, KnownZero, KnownOne);
 911
 912       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 913       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
 914         Value *In = ICI->getOperand(0);
 915
 916         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
 917         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
 918           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
 919                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
 920                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
 921           return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
 922         }
 923
 924         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
 925           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
 926           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
 927           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
 928           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
 929           if (ShiftAmt)
 930             In = Builder->CreateLShr(In,
 931                                      ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 932
 933           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
 934           // {1, 0} -> {0, -1}.
 935           In = Builder->CreateAdd(In,
 936                                   ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
 937                                   "sext");
 938         } else {
 939           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 940           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 941           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
 942           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
 943           if (ShiftAmt)
 944             In = Builder->CreateShl(In,
 945                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 946
 947           // Distribute the bit over the whole bit width.
 948           In = Builder->CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
 949                                                         BitWidth - 1), "sext");
 950         }
 951
 952         if (CI.getType() == In->getType())
 953           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 954         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 955       }
 956     }
 957   }
 958
 959   // vector (x <s 0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31   -> all ones if signed.
 960   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
 961     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Op1, m_Zero()) &&
 962         Op0->getType() == CI.getType()) {
 963       Type *EltTy = VTy->getElementType();
 964
 965       // splat the shift constant to a constant vector.
 966       Constant *VSh = ConstantInt::get(VTy, EltTy->getScalarSizeInBits()-1);
 967       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, VSh, Op0->getName()+".lobit");
 968       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 969     }
 970   }
 971
 972   return 0;
 973 }
 974
 975 /// CanEvaluateSExtd - Return true if we can take the specified value
 976 /// and return it as type Ty without inserting any new casts and without
 977 /// changing the value of the common low bits.  This is used by code that tries
 978 /// to promote integer operations to a wider types will allow us to eliminate
 979 /// the extension.
 980 ///
 981 /// This function works on both vectors and scalars.
 982 ///
 983 static bool CanEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
 984   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
 985          "Can't sign extend type to a smaller type");
 986   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
 987   if (isa<Constant>(V))
 988     return true;
 989
 990   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 991   if (!I) return false;
 992
 993   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
 994   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 995     return true;
 996
 997   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 998   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 999   if (!I->hasOneUse()) return false;
1000
1001   switch (I->getOpcode()) {
1002   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1003   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1004   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1005     return true;
1006   case Instruction::And:
1007   case Instruction::Or:
1008   case Instruction::Xor:
1009   case Instruction::Add:
1010   case Instruction::Sub:
1011   case Instruction::Mul:
1012     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1013     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1014            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1015
1016   //case Instruction::Shl:   TODO
1017   //case Instruction::LShr:  TODO
1018
1019   case Instruction::Select:
1020     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1021            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1022
1023   case Instruction::PHI: {
1024     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1025     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1026     // instructions with a single use.
1027     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1028     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1029       if (!CanEvaluateSExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty)) return false;
1030     return true;
1031   }
1032   default:
1033     // TODO: Can handle more cases here.
1034     break;
1035   }
1036
1037   return false;
1038 }
1039
1040 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1041   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate by
1042   // eliminated before we try to optimize this zext.
1043   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
1044     return 0;
1045
1046   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1047     return I;
1048
1049   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
1050   // purpose is to compute bits we don't care about.
1051   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
1052     return &CI;
1053
1054   Value *Src = CI.getOperand(0);
1055   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1056
1057   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1058   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1059   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1060   // strange.
1061   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1062       CanEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1063     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1064     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1065           " to avoid sign extend: " << CI);
1066     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1067     assert(Res->getType() == DestTy);
1068
1069     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1070     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1071
1072     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1073     // cast with the result.
1074     if (ComputeNumSignBits(Res) > DestBitSize - SrcBitSize)
1075       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
1076
1077     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1078     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1079     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1080                                       ShAmt);
1081   }
1082
1083   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
1084   // into shifts.
1085   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
1086     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
1087       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1088       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1089
1090       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1091       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1092       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
1093       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
1094     }
1095
1096   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1097     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1098
1099   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1100   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1101   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1102   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1103   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1104   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1105   //   %a = trunc i32 %i to i8
1106   //   %b = shl i8 %a, 6
1107   //   %c = ashr i8 %b, 6
1108   //   %d = sext i8 %c to i32
1109   // into:
1110   //   %a = shl i32 %i, 30
1111   //   %d = ashr i32 %a, 30
1112   Value *A = 0;
1113   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1114   ConstantInt *BA = 0, *CA = 0;
1115   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1116                         m_ConstantInt(CA))) &&
1117       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1118     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1119     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1120     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1121     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1122     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1123     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1124   }
1125
1126   return 0;
1127 }
1128
1129
1130 /// FitsInFPType - Return a Constant* for the specified FP constant if it fits
1131 /// in the specified FP type without changing its value.
1132 static Constant *FitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1133   bool losesInfo;
1134   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1135   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1136   if (!losesInfo)
1137     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1138   return 0;
1139 }
1140
1141 /// LookThroughFPExtensions - If this is an fp extension instruction, look
1142 /// through it until we get the source value.
1143 static Value *LookThroughFPExtensions(Value *V) {
1144   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1145     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1146       return LookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1147
1148   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1149   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1150   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1151   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1152     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1153       return V;  // No constant folding of this.
1154     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1155     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf))
1156       return V;
1157     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1158     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1159       return V;
1160     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1161       return V;  // Won't shrink.
1162     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1163       return V;
1164     // Don't try to shrink to various long double types.
1165   }
1166
1167   return V;
1168 }
1169
1170 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1171   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1172     return I;
1173
1174   // If we have fptrunc(fadd (fpextend x), (fpextend y)), where x and y are
1175   // smaller than the destination type, we can eliminate the truncate by doing
1176   // the add as the smaller type.  This applies to fadd/fsub/fmul/fdiv as well
1177   // as many builtins (sqrt, etc).
1178   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1179   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1180     switch (OpI->getOpcode()) {
1181     default: break;
1182     case Instruction::FAdd:
1183     case Instruction::FSub:
1184     case Instruction::FMul:
1185     case Instruction::FDiv:
1186     case Instruction::FRem:
1187       Type *SrcTy = OpI->getType();
1188       Value *LHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1189       Value *RHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1190       if (LHSTrunc->getType() != SrcTy &&
1191           RHSTrunc->getType() != SrcTy) {
1192         unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1193         // If the source types were both smaller than the destination type of
1194         // the cast, do this xform.
1195         if (LHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize &&
1196             RHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize) {
1197           LHSTrunc = Builder->CreateFPExt(LHSTrunc, CI.getType());
1198           RHSTrunc = Builder->CreateFPExt(RHSTrunc, CI.getType());
1199           return BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSTrunc, RHSTrunc);
1200         }
1201       }
1202       break;
1203     }
1204   }
1205
1206   // Fold (fptrunc (sqrt (fpext x))) -> (sqrtf x)
1207   CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(CI.getOperand(0));
1208   if (Call && Call->getCalledFunction() && TLI->has(LibFunc::sqrtf) &&
1209       Call->getCalledFunction()->getName() == TLI->getName(LibFunc::sqrt) &&
1210       Call->getNumArgOperands() == 1 &&
1211       Call->hasOneUse()) {
1212     CastInst *Arg = dyn_cast<CastInst>(Call->getArgOperand(0));
1213     if (Arg && Arg->getOpcode() == Instruction::FPExt &&
1214         CI.getType()->isFloatTy() &&
1215         Call->getType()->isDoubleTy() &&
1216         Arg->getType()->isDoubleTy() &&
1217         Arg->getOperand(0)->getType()->isFloatTy()) {
1218       Function *Callee = Call->getCalledFunction();
1219       Module *M = CI.getParent()->getParent()->getParent();
1220       Constant *SqrtfFunc = M->getOrInsertFunction("sqrtf",
1221                                                    Callee->getAttributes(),
1222                                                    Builder->getFloatTy(),
1223                                                    Builder->getFloatTy(),
1224                                                    NULL);
1225       CallInst *ret = CallInst::Create(SqrtfFunc, Arg->getOperand(0),
1226                                        "sqrtfcall");
1227       ret->setAttributes(Callee->getAttributes());
1228
1229
1230       // Remove the old Call.  With -fmath-errno, it won't get marked readnone.
1231       ReplaceInstUsesWith(*Call, UndefValue::get(Call->getType()));
1232       EraseInstFromFunction(*Call);
1233       return ret;
1234     }
1235   }
1236
1237   return 0;
1238 }
1239
1240 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1241   return commonCastTransforms(CI);
1242 }
1243
1244 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1245   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1246   if (OpI == 0)
1247     return commonCastTransforms(FI);
1248
1249   // fptoui(uitofp(X)) --> X
1250   // fptoui(sitofp(X)) --> X
1251   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1252   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1253   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1254   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1255   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1256       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1257       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() < /*extra bit for sign */
1258                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1259     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1260
1261   return commonCastTransforms(FI);
1262 }
1263
1264 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1265   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1266   if (OpI == 0)
1267     return commonCastTransforms(FI);
1268
1269   // fptosi(sitofp(X)) --> X
1270   // fptosi(uitofp(X)) --> X
1271   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1272   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1273   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1274   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1275   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1276       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1277       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() <=
1278                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1279     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1280
1281   return commonCastTransforms(FI);
1282 }
1283
1284 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1285   return commonCastTransforms(CI);
1286 }
1287
1288 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1289   return commonCastTransforms(CI);
1290 }
1291
1292 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1293   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1294   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1295   // cast to be exposed to other transforms.
1296   unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1297   if (TD) {
1298     if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() >
1299         TD->getPointerSizeInBits(AS)) {
1300       Value *P = Builder->CreateTrunc(CI.getOperand(0),
1301                                       TD->getIntPtrType(CI.getContext()));
1302       return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1303     }
1304     if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() <
1305         TD->getPointerSizeInBits(AS)) {
1306       Value *P = Builder->CreateZExt(CI.getOperand(0),
1307                                      TD->getIntPtrType(CI.getContext()));
1308       return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1309     }
1310   }
1311
1312   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1313     return I;
1314
1315   return 0;
1316 }
1317
1318 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1319 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1320   Value *Src = CI.getOperand(0);
1321
1322   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1323     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1324     // this into a cast of the original pointer!
1325     if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
1326       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1327       // here because the pointer operand is being replaced with another
1328       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1329       Worklist.Add(GEP);
1330       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1331       return &CI;
1332     }
1333
1334     // If the GEP has a single use, and the base pointer is a bitcast, and the
1335     // GEP computes a constant offset, see if we can convert these three
1336     // instructions into fewer.  This typically happens with unions and other
1337     // non-type-safe code.
1338     if (TD && GEP->hasOneUse() && isa<BitCastInst>(GEP->getOperand(0)) &&
1339         GEP->hasAllConstantIndices()) {
1340       SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end());
1341       int64_t Offset = TD->getIndexedOffset(GEP->getPointerOperandType(), Ops);
1342
1343       // Get the base pointer input of the bitcast, and the type it points to.
1344       Value *OrigBase = cast<BitCastInst>(GEP->getOperand(0))->getOperand(0);
1345       Type *GEPIdxTy =
1346       cast<PointerType>(OrigBase->getType())->getElementType();
1347       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1348       if (FindElementAtOffset(GEPIdxTy, Offset, NewIndices)) {
1349         // If we were able to index down into an element, create the GEP
1350         // and bitcast the result.  This eliminates one bitcast, potentially
1351         // two.
1352         Value *NGEP = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
1353         Builder->CreateInBoundsGEP(OrigBase, NewIndices) :
1354         Builder->CreateGEP(OrigBase, NewIndices);
1355         NGEP->takeName(GEP);
1356
1357         if (isa<BitCastInst>(CI))
1358           return new BitCastInst(NGEP, CI.getType());
1359         assert(isa<PtrToIntInst>(CI));
1360         return new PtrToIntInst(NGEP, CI.getType());
1361       }
1362     }
1363   }
1364
1365   return commonCastTransforms(CI);
1366 }
1367
1368 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1369   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1370   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1371   // to be exposed to other transforms.
1372   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1373   if (TD) {
1374     if (CI.getType()->getScalarSizeInBits() < TD->getPointerSizeInBits(AS)) {
1375       Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0),
1376                                          TD->getIntPtrType(CI.getContext()));
1377       return new TruncInst(P, CI.getType());
1378     }
1379     if (CI.getType()->getScalarSizeInBits() > TD->getPointerSizeInBits(AS)) {
1380       Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0),
1381                                          TD->getIntPtrType(CI.getContext()));
1382       return new ZExtInst(P, CI.getType());
1383     }
1384   }
1385
1386   return commonPointerCastTransforms(CI);
1387 }
1388
1389 /// OptimizeVectorResize - This input value (which is known to have vector type)
1390 /// is being zero extended or truncated to the specified vector type.  Try to
1391 /// replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1392 ///
1393 /// The source and destination vector types may have different element types.
1394 static Instruction *OptimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1395                                          InstCombiner &IC) {
1396   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1397   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1398   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1399   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1400
1401   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1402     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1403     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1404     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1405     // there yet.
1406     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1407         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1408       return 0;
1409
1410     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1411     InVal = IC.Builder->CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1412   }
1413
1414   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1415   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1416   // size of the input.
1417   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1418   Value *V2;
1419
1420   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1421     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1422     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1423     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1424     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1425       ShuffleMask.push_back(i);
1426
1427   } else {
1428     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1429     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1430     // from a constant zero.
1431     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1432     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1433     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1434       ShuffleMask.push_back(i);
1435
1436     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1437     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1438       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1439   }
1440
1441   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1442                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1443                                                        ShuffleMask));
1444 }
1445
1446 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1447   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1448 }
1449
1450 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1451   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1452 }
1453
1454 /// CollectInsertionElements - V is a value which is inserted into a vector of
1455 /// VecEltTy.  Look through the value to see if we can decompose it into
1456 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1457 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1458 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1459 ///
1460 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1461 /// filling in Elements with the elements found here.
1462 static bool CollectInsertionElements(Value *V, unsigned ElementIndex,
1463                                      SmallVectorImpl<Value*> &Elements,
1464                                      Type *VecEltTy) {
1465   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1466   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1467
1468   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1469   // right element.
1470   if (V->getType() == VecEltTy) {
1471     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1472     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1473       if (C->isNullValue())
1474         return true;
1475
1476     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1477     if (ElementIndex >= Elements.size() || Elements[ElementIndex] != 0)
1478       return false;
1479
1480     Elements[ElementIndex] = V;
1481     return true;
1482   }
1483
1484   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1485     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1486     // as required.
1487     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1488                                         VecEltTy);
1489     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1490     // it to the right type so it gets properly inserted.
1491     if (NumElts == 1)
1492       return CollectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1493                                       ElementIndex, Elements, VecEltTy);
1494
1495     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1496     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1497     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1498       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1499                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1500     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1501     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1502
1503     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1504       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1505                                                                i*ElementSize));
1506       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1507       if (!CollectInsertionElements(Piece, ElementIndex+i, Elements, VecEltTy))
1508         return false;
1509     }
1510     return true;
1511   }
1512
1513   if (!V->hasOneUse()) return false;
1514
1515   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1516   if (I == 0) return false;
1517   switch (I->getOpcode()) {
1518   default: return false; // Unhandled case.
1519   case Instruction::BitCast:
1520     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1521                                     Elements, VecEltTy);
1522   case Instruction::ZExt:
1523     if (!isMultipleOfTypeSize(
1524                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1525                               VecEltTy))
1526       return false;
1527     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1528                                     Elements, VecEltTy);
1529   case Instruction::Or:
1530     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1531                                     Elements, VecEltTy) &&
1532            CollectInsertionElements(I->getOperand(1), ElementIndex,
1533                                     Elements, VecEltTy);
1534   case Instruction::Shl: {
1535     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1536     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1537     if (CI == 0) return false;
1538     if (!isMultipleOfTypeSize(CI->getZExtValue(), VecEltTy)) return false;
1539     unsigned IndexShift = getTypeSizeIndex(CI->getZExtValue(), VecEltTy);
1540
1541     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex+IndexShift,
1542                                     Elements, VecEltTy);
1543   }
1544
1545   }
1546 }
1547
1548
1549 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions - If the input is an 'or' instruction, we
1550 /// may be doing shifts and ors to assemble the elements of the vector manually.
1551 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1552 /// optimize code like this:
1553 ///
1554 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1555 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1556 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1557 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1558 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1559 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1560 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1561 ///
1562 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1563 static Value *OptimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1564                                                 InstCombiner &IC) {
1565   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1566   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1567
1568   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1569   if (!CollectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1570                                 DestVecTy->getElementType()))
1571     return 0;
1572
1573   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1574   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1575   // insertions.
1576   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1577   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1578     if (Elements[i] == 0) continue;  // Unset element.
1579
1580     Result = IC.Builder->CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1581                                              IC.Builder->getInt32(i));
1582   }
1583
1584   return Result;
1585 }
1586
1587
1588 /// OptimizeIntToFloatBitCast - See if we can optimize an integer->float/double
1589 /// bitcast.  The various long double bitcasts can't get in here.
1590 static Instruction *OptimizeIntToFloatBitCast(BitCastInst &CI,InstCombiner &IC){
1591   Value *Src = CI.getOperand(0);
1592   Type *DestTy = CI.getType();
1593
1594   // If this is a bitcast from int to float, check to see if the int is an
1595   // extraction from a vector.
1596   Value *VecInput = 0;
1597   // bitcast(trunc(bitcast(somevector)))
1598   if (match(Src, m_Trunc(m_BitCast(m_Value(VecInput)))) &&
1599       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1600     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1601     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1602
1603     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0) {
1604       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1605       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1606       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1607         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1608                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1609         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1610       }
1611
1612       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(0));
1613     }
1614   }
1615
1616   // bitcast(trunc(lshr(bitcast(somevector), cst))
1617   ConstantInt *ShAmt = 0;
1618   if (match(Src, m_Trunc(m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
1619                                 m_ConstantInt(ShAmt)))) &&
1620       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1621     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1622     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1623     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0 &&
1624         ShAmt->getZExtValue() % DestWidth == 0) {
1625       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1626       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1627       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1628         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1629                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1630         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1631       }
1632
1633       unsigned Elt = ShAmt->getZExtValue() / DestWidth;
1634       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1635     }
1636   }
1637   return 0;
1638 }
1639
1640 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
1641   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
1642   // otherwise just apply the common ones.
1643   Value *Src = CI.getOperand(0);
1644   Type *SrcTy = Src->getType();
1645   Type *DestTy = CI.getType();
1646
1647   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
1648   // be replaced by the operand.
1649   if (DestTy == Src->getType())
1650     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1651
1652   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
1653     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
1654     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
1655     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
1656
1657     // If the address spaces don't match, don't eliminate the bitcast, which is
1658     // required for changing types.
1659     if (SrcPTy->getAddressSpace() != DstPTy->getAddressSpace())
1660       return 0;
1661
1662     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
1663     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1664     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
1665     // needs to be cleaned up.
1666     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
1667       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
1668         return V;
1669
1670     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
1671     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
1672     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
1673     Constant *ZeroUInt =
1674       Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext()));
1675     unsigned NumZeros = 0;
1676     while (SrcElTy != DstElTy &&
1677            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
1678            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1679       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(ZeroUInt);
1680       ++NumZeros;
1681     }
1682
1683     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1684     if (SrcElTy == DstElTy) {
1685       SmallVector<Value*, 8> Idxs(NumZeros+1, ZeroUInt);
1686       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
1687     }
1688   }
1689
1690   // Try to optimize int -> float bitcasts.
1691   if ((DestTy->isFloatTy() || DestTy->isDoubleTy()) && isa<IntegerType>(SrcTy))
1692     if (Instruction *I = OptimizeIntToFloatBitCast(CI, *this))
1693       return I;
1694
1695   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1696     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
1697       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1698       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1699                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1700       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1701     }
1702
1703     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
1704       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
1705       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
1706       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
1707       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
1708         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
1709         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
1710           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
1711             if (Instruction *I = OptimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
1712                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
1713               return I;
1714       }
1715
1716       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1717       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
1718       // and replace it with insertelements.
1719       if (Value *V = OptimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
1720         return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
1721     }
1722   }
1723
1724   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1725     if (SrcVTy->getNumElements() == 1 && !DestTy->isVectorTy()) {
1726       Value *Elem =
1727         Builder->CreateExtractElement(Src,
1728                    Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1729       return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1730     }
1731   }
1732
1733   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1734     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1735     // a bitcast to a vector with the same # elts.
1736     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
1737         cast<VectorType>(DestTy)->getNumElements() ==
1738               SVI->getType()->getNumElements() &&
1739         SVI->getType()->getNumElements() ==
1740           cast<VectorType>(SVI->getOperand(0)->getType())->getNumElements()) {
1741       BitCastInst *Tmp;
1742       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1743       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1744       // us to eliminate at least one cast.
1745       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1746            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1747           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1748            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1749         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1750         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1751         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1752         // know the vector types match #elts.
1753         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1754       }
1755     }
1756   }
1757
1758   if (SrcTy->isPointerTy())
1759     return commonPointerCastTransforms(CI);
1760   return commonCastTransforms(CI);
1761 }