lib/Transforms/InstCombine/InstCombineCasts.cpp

   1 //===- InstCombineCasts.cpp -----------------------------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the visit functions for cast operations.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombine.h"
  15 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  16 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  18 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  23
  24 /// DecomposeSimpleLinearExpr - Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear
  25 /// expression.  If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  26 /// X*Scale+Offset.
  27 ///
  28 static Value *DecomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  29                                         uint64_t &Offset) {
  30   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  31     Offset = CI->getZExtValue();
  32     Scale  = 0;
  33     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  34   }
  35
  36   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  37     // Cannot look past anything that might overflow.
  38     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  39     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  40       Scale = 1;
  41       Offset = 0;
  42       return Val;
  43     }
  44
  45     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  46       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  47         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  48         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  49         Offset = 0;
  50         return I->getOperand(0);
  51       }
  52
  53       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  54         // This value is scaled by 'RHS'.
  55         Scale = RHS->getZExtValue();
  56         Offset = 0;
  57         return I->getOperand(0);
  58       }
  59
  60       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  61         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  62         // where C1 is divisible by C2.
  63         unsigned SubScale;
  64         Value *SubVal =
  65           DecomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  66         Offset += RHS->getZExtValue();
  67         Scale = SubScale;
  68         return SubVal;
  69       }
  70     }
  71   }
  72
  73   // Otherwise, we can't look past this.
  74   Scale = 1;
  75   Offset = 0;
  76   return Val;
  77 }
  78
  79 /// PromoteCastOfAllocation - If we find a cast of an allocation instruction,
  80 /// try to eliminate the cast by moving the type information into the alloc.
  81 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  82                                                    AllocaInst &AI) {
  83   // This requires DataLayout to get the alloca alignment and size information.
  84   if (!DL) return nullptr;
  85
  86   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  87
  88   BuilderTy AllocaBuilder(*Builder);
  89   AllocaBuilder.SetInsertPoint(AI.getParent(), &AI);
  90
  91   // Get the type really allocated and the type casted to.
  92   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  93   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  94   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return nullptr;
  95
  96   unsigned AllocElTyAlign = DL->getABITypeAlignment(AllocElTy);
  97   unsigned CastElTyAlign = DL->getABITypeAlignment(CastElTy);
  98   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return nullptr;
  99
 100   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
 101   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
 102   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 103   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return nullptr;
 104
 105   uint64_t AllocElTySize = DL->getTypeAllocSize(AllocElTy);
 106   uint64_t CastElTySize = DL->getTypeAllocSize(CastElTy);
 107   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return nullptr;
 108
 109   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 110   // shrinking the amount of memory being allocated.
 111   uint64_t AllocElTyStoreSize = DL->getTypeStoreSize(AllocElTy);
 112   uint64_t CastElTyStoreSize = DL->getTypeStoreSize(CastElTy);
 113   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return nullptr;
 114
 115   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 116   // size argument.
 117   unsigned ArraySizeScale;
 118   uint64_t ArrayOffset;
 119   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 120     DecomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 121
 122   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 123   // do the xform.
 124   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 125       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return nullptr;
 126
 127   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 128   Value *Amt = nullptr;
 129   if (Scale == 1) {
 130     Amt = NumElements;
 131   } else {
 132     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 133     // Insert before the alloca, not before the cast.
 134     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 135   }
 136
 137   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 138     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 139                                   Offset, true);
 140     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 141   }
 142
 143   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 144   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 145   New->takeName(&AI);
 146   New->setUsedWithInAlloca(AI.isUsedWithInAlloca());
 147
 148   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 149   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 150   // will die soon.
 151   if (!AI.hasOneUse()) {
 152     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 153     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 154     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 155     ReplaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 156   }
 157   return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
 158 }
 159
 160 /// EvaluateInDifferentType - Given an expression that
 161 /// CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns true for, actually
 162 /// insert the code to evaluate the expression.
 163 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 164                                              bool isSigned) {
 165   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 166     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 167     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with DL info.
 168     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 169       C = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
 170     return C;
 171   }
 172
 173   // Otherwise, it must be an instruction.
 174   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 175   Instruction *Res = nullptr;
 176   unsigned Opc = I->getOpcode();
 177   switch (Opc) {
 178   case Instruction::Add:
 179   case Instruction::Sub:
 180   case Instruction::Mul:
 181   case Instruction::And:
 182   case Instruction::Or:
 183   case Instruction::Xor:
 184   case Instruction::AShr:
 185   case Instruction::LShr:
 186   case Instruction::Shl:
 187   case Instruction::UDiv:
 188   case Instruction::URem: {
 189     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 190     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 191     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 192     break;
 193   }
 194   case Instruction::Trunc:
 195   case Instruction::ZExt:
 196   case Instruction::SExt:
 197     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 198     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 199     // new.
 200     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 201       return I->getOperand(0);
 202
 203     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 204     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 205     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 206                                       Opc == Instruction::SExt);
 207     break;
 208   case Instruction::Select: {
 209     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 210     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 211     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 212     break;
 213   }
 214   case Instruction::PHI: {
 215     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 216     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 217     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 218       Value *V =EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 219       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 220     }
 221     Res = NPN;
 222     break;
 223   }
 224   default:
 225     // TODO: Can handle more cases here.
 226     llvm_unreachable("Unreachable!");
 227   }
 228
 229   Res->takeName(I);
 230   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 231 }
 232
 233
 234 /// This function is a wrapper around CastInst::isEliminableCastPair. It
 235 /// simply extracts arguments and returns what that function returns.
 236 static Instruction::CastOps
 237 isEliminableCastPair(
 238   const CastInst *CI, ///< The first cast instruction
 239   unsigned opcode,       ///< The opcode of the second cast instruction
 240   Type *DstTy,     ///< The target type for the second cast instruction
 241   const DataLayout *DL ///< The target data for pointer size
 242 ) {
 243
 244   Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 245   Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 246
 247   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 248   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 249   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 250   Type *SrcIntPtrTy = DL && SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 251     DL->getIntPtrType(SrcTy) : nullptr;
 252   Type *MidIntPtrTy = DL && MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 253     DL->getIntPtrType(MidTy) : nullptr;
 254   Type *DstIntPtrTy = DL && DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 255     DL->getIntPtrType(DstTy) : nullptr;
 256   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 257                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 258                                                 DstIntPtrTy);
 259
 260   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 261   // type that differs from the pointer size.
 262   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 263       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 264     Res = 0;
 265
 266   return Instruction::CastOps(Res);
 267 }
 268
 269 /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 270 /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 271 /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 272 /// to do the simplification first.
 273 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 274                                       Type *Ty) {
 275   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 276   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 277
 278   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 279   // eliminated.
 280   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 281     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, DL))
 282       return false;
 283
 284   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 285   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 286   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && Ty->isVectorTy())
 287     return false;
 288
 289   return true;
 290 }
 291
 292
 293 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 294 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 295   Value *Src = CI.getOperand(0);
 296
 297   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 298   // eliminate it now.
 299   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 300     if (Instruction::CastOps opc =
 301         isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), DL)) {
 302       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 303       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 304       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 305     }
 306   }
 307
 308   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 309   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 310     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 311       return NV;
 312
 313   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 314   if (isa<PHINode>(Src)) {
 315     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 316     // it is currently legal.
 317     if (!Src->getType()->isIntegerTy() ||
 318         !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 319         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 320       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 321         return NV;
 322   }
 323
 324   return nullptr;
 325 }
 326
 327 /// CanEvaluateTruncated - Return true if we can evaluate the specified
 328 /// expression tree as type Ty instead of its larger type, and arrive with the
 329 /// same value.  This is used by code that tries to eliminate truncates.
 330 ///
 331 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 332 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 333 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 334 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 335 ///
 336 /// This function works on both vectors and scalars.
 337 ///
 338 static bool CanEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty, InstCombiner &IC,
 339                                  Instruction *CxtI) {
 340   // We can always evaluate constants in another type.
 341   if (isa<Constant>(V))
 342     return true;
 343
 344   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 345   if (!I) return false;
 346
 347   Type *OrigTy = V->getType();
 348
 349   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 350   // has multiple uses.
 351   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 352       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 353     return true;
 354
 355   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 356   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 357   if (!I->hasOneUse()) return false;
 358
 359   unsigned Opc = I->getOpcode();
 360   switch (Opc) {
 361   case Instruction::Add:
 362   case Instruction::Sub:
 363   case Instruction::Mul:
 364   case Instruction::And:
 365   case Instruction::Or:
 366   case Instruction::Xor:
 367     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 368     return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 369            CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 370
 371   case Instruction::UDiv:
 372   case Instruction::URem: {
 373     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 374     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 375     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 376     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 377       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 378       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask, 0, CxtI) &&
 379           IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask, 0, CxtI)) {
 380         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 381                CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 382       }
 383     }
 384     break;
 385   }
 386   case Instruction::Shl:
 387     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 388     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 389     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 390       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 391       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 392         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 393     }
 394     break;
 395   case Instruction::LShr:
 396     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 397     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 398     // already zeros.
 399     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 400       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 401       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 402       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 403             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth), 0, CxtI) &&
 404           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 405         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 406       }
 407     }
 408     break;
 409   case Instruction::Trunc:
 410     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 411     return true;
 412   case Instruction::ZExt:
 413   case Instruction::SExt:
 414     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 415     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 416     return true;
 417   case Instruction::Select: {
 418     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 419     return CanEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty, IC, CxtI) &&
 420            CanEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty, IC, CxtI);
 421   }
 422   case Instruction::PHI: {
 423     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 424     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 425     // instructions with a single use.
 426     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 427     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 428       if (!CanEvaluateTruncated(PN->getIncomingValue(i), Ty, IC, CxtI))
 429         return false;
 430     return true;
 431   }
 432   default:
 433     // TODO: Can handle more cases here.
 434     break;
 435   }
 436
 437   return false;
 438 }
 439
 440 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 441   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 442     return Result;
 443
 444   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 445   // purpose is to compute bits we don't care about.
 446   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 447     return &CI;
 448
 449   Value *Src = CI.getOperand(0);
 450   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 451
 452   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 453   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 454   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 455   // strange.
 456   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 457       CanEvaluateTruncated(Src, DestTy, *this, &CI)) {
 458
 459     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 460     // eliminates the cast, so it is always a win.
 461     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 462           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 463     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 464     assert(Res->getType() == DestTy);
 465     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 466   }
 467
 468   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 469   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 470     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 471     Src = Builder->CreateAnd(Src, One);
 472     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 473     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 474   }
 475
 476   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 477   Value *A = nullptr; ConstantInt *Cst = nullptr;
 478   if (Src->hasOneUse() &&
 479       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 480     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 481     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 482     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 483     // between ASize and ResultSize.
 484     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 485
 486     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 487     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 488     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 489       return ReplaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(CI.getType()));
 490
 491     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 492     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 493     // type, then zero extend or truncate to the result.
 494     Value *Shift = Builder->CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 495     Shift->takeName(Src);
 496     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 497   }
 498
 499   // Transform "trunc (and X, cst)" -> "and (trunc X), cst" so long as the dest
 500   // type isn't non-native.
 501   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(Src->getType()) &&
 502       ShouldChangeType(Src->getType(), CI.getType()) &&
 503       match(Src, m_And(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst)))) {
 504     Value *NewTrunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), A->getName()+".tr");
 505     return BinaryOperator::CreateAnd(NewTrunc,
 506                                      ConstantExpr::getTrunc(Cst, CI.getType()));
 507   }
 508
 509   return nullptr;
 510 }
 511
 512 /// transformZExtICmp - Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations
 513 /// in order to eliminate the icmp.
 514 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 515                                              bool DoXform) {
 516   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 517   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 518   // cast to integer to avoid the comparison.
 519   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 520     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 521
 522     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 523     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 524     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 525         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 526       if (!DoXform) return ICI;
 527
 528       Value *In = ICI->getOperand(0);
 529       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 530                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 531       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 532       if (In->getType() != CI.getType())
 533         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 534
 535       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 536         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 537         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 538       }
 539
 540       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 541     }
 542
 543     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 544     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 545     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 546     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 547     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 548     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 549     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 550     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 551     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 552         // This only works for EQ and NE
 553         ICI->isEquality()) {
 554       // If Op1C some other power of two, convert:
 555       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 556       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 557       computeKnownBits(ICI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 558
 559       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 560       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 561         if (!DoXform) return ICI;
 562
 563         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 564         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 565           // (X&4) == 2 --> false
 566           // (X&4) != 2 --> true
 567           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 568                                            isNE);
 569           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 570           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 571         }
 572
 573         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 574         Value *In = ICI->getOperand(0);
 575         if (ShiftAmt) {
 576           // Perform a logical shr by shiftamt.
 577           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 578           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 579                                    In->getName()+".lobit");
 580         }
 581
 582         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 583           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 584           In = Builder->CreateXor(In, One);
 585         }
 586
 587         if (CI.getType() == In->getType())
 588           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 589         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 590       }
 591     }
 592   }
 593
 594   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 595   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 596   // may lead to additional simplifications.
 597   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 598     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 599       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 600       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 601       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 602
 603       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 604       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 605       computeKnownBits(LHS, KnownZeroLHS, KnownOneLHS, 0, &CI);
 606       computeKnownBits(RHS, KnownZeroRHS, KnownOneRHS, 0, &CI);
 607
 608       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 609         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 610         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 611         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 612           if (!DoXform) return ICI;
 613
 614           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 615
 616           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 617           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 618             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 619                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 620
 621           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 622           Result = Builder->CreateLShr(
 623                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 624
 625           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 626             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 627           Result->takeName(ICI);
 628           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 629         }
 630       }
 631     }
 632   }
 633
 634   return nullptr;
 635 }
 636
 637 /// CanEvaluateZExtd - Determine if the specified value can be computed in the
 638 /// specified wider type and produce the same low bits.  If not, return false.
 639 ///
 640 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 641 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 642 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 643 /// out.  For example, to promote something like:
 644 ///
 645 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 646 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 647 ///   %E = zext i32 %C to i64
 648 ///
 649 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 650 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 651 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 652 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 653 ///
 654 /// This function works on both vectors and scalars.
 655 static bool CanEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear,
 656                              InstCombiner &IC, Instruction *CxtI) {
 657   BitsToClear = 0;
 658   if (isa<Constant>(V))
 659     return true;
 660
 661   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 662   if (!I) return false;
 663
 664   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 665   // eliminate it.
 666   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 667     return true;
 668
 669   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 670   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 671   if (!I->hasOneUse()) return false;
 672
 673   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 674   switch (Opc) {
 675   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 676   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 677   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 678     return true;
 679   case Instruction::And:
 680   case Instruction::Or:
 681   case Instruction::Xor:
 682   case Instruction::Add:
 683   case Instruction::Sub:
 684   case Instruction::Mul:
 685     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 686         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI))
 687       return false;
 688     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 689     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 690       return true;
 691
 692     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 693     // other side, BitsToClear is ok.
 694     if (Tmp == 0 &&
 695         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 696          Opc == Instruction::Xor)) {
 697       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 698       // about the most is constant RHS.
 699       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 700       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 701                                APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear),
 702                                0, CxtI))
 703         return true;
 704     }
 705
 706     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 707     return false;
 708
 709   case Instruction::Shl:
 710     // We can promote shl(x, cst) if we can promote x.  Since shl overwrites the
 711     // upper bits we can reduce BitsToClear by the shift amount.
 712     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 713       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 714         return false;
 715       uint64_t ShiftAmt = Amt->getZExtValue();
 716       BitsToClear = ShiftAmt < BitsToClear ? BitsToClear - ShiftAmt : 0;
 717       return true;
 718     }
 719     return false;
 720   case Instruction::LShr:
 721     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 722     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 723     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 724       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 725         return false;
 726       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 727       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 728         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 729       return true;
 730     }
 731     // Cannot promote variable LSHR.
 732     return false;
 733   case Instruction::Select:
 734     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 735         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 736         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 737         // known zero in the disagreeing side.
 738         Tmp != BitsToClear)
 739       return false;
 740     return true;
 741
 742   case Instruction::PHI: {
 743     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 744     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 745     // instructions with a single use.
 746     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 747     if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 748       return false;
 749     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 750       if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 751           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 752           // are known zero in the disagreeing input.
 753           Tmp != BitsToClear)
 754         return false;
 755     return true;
 756   }
 757   default:
 758     // TODO: Can handle more cases here.
 759     return false;
 760   }
 761 }
 762
 763 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 764   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
 765   // eliminated before we try to optimize this zext.
 766   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
 767     return nullptr;
 768
 769   // If one of the common conversion will work, do it.
 770   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 771     return Result;
 772
 773   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 774   // purpose is to compute bits we don't care about.
 775   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 776     return &CI;
 777
 778   Value *Src = CI.getOperand(0);
 779   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 780
 781   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 782   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 783   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 784   // strange.
 785   unsigned BitsToClear;
 786   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 787       CanEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear, *this, &CI)) {
 788     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 789            "Unreasonable BitsToClear");
 790
 791     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 792     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 793           " to avoid zero extend: " << CI);
 794     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 795     assert(Res->getType() == DestTy);
 796
 797     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 798     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 799
 800     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 801     // cast with the result.
 802     if (MaskedValueIsZero(Res,
 803                           APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 804                                                 DestBitSize-SrcBitsKept),
 805                              0, &CI))
 806       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 807
 808     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 809     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 810                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 811     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 812   }
 813
 814   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 815   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 816   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 817   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 818     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 819
 820     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 821     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 822     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 823     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 824     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 825     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 826     // If we're actually extending zero bits, then if
 827     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 828     // SrcSize == DstSize: a & mask
 829     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 830     if (SrcSize < DstSize) {
 831       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 832       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 833       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 834       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 835     }
 836
 837     if (SrcSize == DstSize) {
 838       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 839       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 840                                                            AndValue));
 841     }
 842     if (SrcSize > DstSize) {
 843       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType());
 844       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 845       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 846                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 847                                                         AndValue));
 848     }
 849   }
 850
 851   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 852     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 853
 854   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 855   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 856     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 857     // of the (zext icmp) will be transformed.
 858     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 859     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 860     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 861         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 862          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 863       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 864       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 865       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 866     }
 867   }
 868
 869   // zext(trunc(X) & C) -> (X & zext(C)).
 870   Constant *C;
 871   Value *X;
 872   if (SrcI &&
 873       match(SrcI, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Constant(C)))) &&
 874       X->getType() == CI.getType())
 875     return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 876
 877   // zext((trunc(X) & C) ^ C) -> ((X & zext(C)) ^ zext(C)).
 878   Value *And;
 879   if (SrcI && match(SrcI, m_OneUse(m_Xor(m_Value(And), m_Constant(C)))) &&
 880       match(And, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Specific(C)))) &&
 881       X->getType() == CI.getType()) {
 882     Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 883     return BinaryOperator::CreateXor(Builder->CreateAnd(X, ZC), ZC);
 884   }
 885
 886   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 887   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() &&
 888       SrcI->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1) &&
 889       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) && (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 890     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 891     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 892   }
 893
 894   return nullptr;
 895 }
 896
 897 /// transformSExtICmp - Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations
 898 /// in order to eliminate the icmp.
 899 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
 900   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
 901   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 902
 903   // Don't bother if Op1 isn't of vector or integer type.
 904   if (!Op1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
 905     return nullptr;
 906
 907   if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
 908     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
 909     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
 910     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isNullValue()) ||
 911         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
 912
 913       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
 914                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 915       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName()+".lobit");
 916       if (In->getType() != CI.getType())
 917         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 918
 919       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 920         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 921       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 922     }
 923   }
 924
 925   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 926     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
 927     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
 928     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
 929     if (ICI->hasOneUse() &&
 930         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
 931       unsigned BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 932       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 933       computeKnownBits(Op0, KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 934
 935       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 936       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
 937         Value *In = ICI->getOperand(0);
 938
 939         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
 940         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
 941           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
 942                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
 943                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
 944           return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
 945         }
 946
 947         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
 948           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
 949           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
 950           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
 951           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
 952           if (ShiftAmt)
 953             In = Builder->CreateLShr(In,
 954                                      ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 955
 956           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
 957           // {1, 0} -> {0, -1}.
 958           In = Builder->CreateAdd(In,
 959                                   ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
 960                                   "sext");
 961         } else {
 962           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 963           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 964           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
 965           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
 966           if (ShiftAmt)
 967             In = Builder->CreateShl(In,
 968                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 969
 970           // Distribute the bit over the whole bit width.
 971           In = Builder->CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
 972                                                         BitWidth - 1), "sext");
 973         }
 974
 975         if (CI.getType() == In->getType())
 976           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 977         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 978       }
 979     }
 980   }
 981
 982   return nullptr;
 983 }
 984
 985 /// CanEvaluateSExtd - Return true if we can take the specified value
 986 /// and return it as type Ty without inserting any new casts and without
 987 /// changing the value of the common low bits.  This is used by code that tries
 988 /// to promote integer operations to a wider types will allow us to eliminate
 989 /// the extension.
 990 ///
 991 /// This function works on both vectors and scalars.
 992 ///
 993 static bool CanEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
 994   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
 995          "Can't sign extend type to a smaller type");
 996   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
 997   if (isa<Constant>(V))
 998     return true;
 999
1000   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1001   if (!I) return false;
1002
1003   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
1004   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
1005     return true;
1006
1007   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
1008   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
1009   if (!I->hasOneUse()) return false;
1010
1011   switch (I->getOpcode()) {
1012   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1013   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1014   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1015     return true;
1016   case Instruction::And:
1017   case Instruction::Or:
1018   case Instruction::Xor:
1019   case Instruction::Add:
1020   case Instruction::Sub:
1021   case Instruction::Mul:
1022     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1023     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1024            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1025
1026   //case Instruction::Shl:   TODO
1027   //case Instruction::LShr:  TODO
1028
1029   case Instruction::Select:
1030     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1031            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1032
1033   case Instruction::PHI: {
1034     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1035     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1036     // instructions with a single use.
1037     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1038     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1039       if (!CanEvaluateSExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty)) return false;
1040     return true;
1041   }
1042   default:
1043     // TODO: Can handle more cases here.
1044     break;
1045   }
1046
1047   return false;
1048 }
1049
1050 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1051   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1052   // eliminated before we try to optimize this sext.
1053   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1054     return nullptr;
1055
1056   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1057     return I;
1058
1059   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
1060   // purpose is to compute bits we don't care about.
1061   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
1062     return &CI;
1063
1064   Value *Src = CI.getOperand(0);
1065   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1066
1067   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1068   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1069   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1070   // strange.
1071   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1072       CanEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1073     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1074     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1075           " to avoid sign extend: " << CI);
1076     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1077     assert(Res->getType() == DestTy);
1078
1079     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1080     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1081
1082     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1083     // cast with the result.
1084     if (ComputeNumSignBits(Res, 0, &CI) > DestBitSize - SrcBitSize)
1085       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
1086
1087     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1088     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1089     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1090                                       ShAmt);
1091   }
1092
1093   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
1094   // into shifts.
1095   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
1096     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
1097       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1098       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1099
1100       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1101       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1102       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
1103       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
1104     }
1105
1106   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1107     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1108
1109   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1110   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1111   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1112   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1113   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1114   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1115   //   %a = trunc i32 %i to i8
1116   //   %b = shl i8 %a, 6
1117   //   %c = ashr i8 %b, 6
1118   //   %d = sext i8 %c to i32
1119   // into:
1120   //   %a = shl i32 %i, 30
1121   //   %d = ashr i32 %a, 30
1122   Value *A = nullptr;
1123   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1124   ConstantInt *BA = nullptr, *CA = nullptr;
1125   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1126                         m_ConstantInt(CA))) &&
1127       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1128     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1129     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1130     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1131     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1132     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1133     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1134   }
1135
1136   return nullptr;
1137 }
1138
1139
1140 /// FitsInFPType - Return a Constant* for the specified FP constant if it fits
1141 /// in the specified FP type without changing its value.
1142 static Constant *FitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1143   bool losesInfo;
1144   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1145   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1146   if (!losesInfo)
1147     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1148   return nullptr;
1149 }
1150
1151 /// LookThroughFPExtensions - If this is an fp extension instruction, look
1152 /// through it until we get the source value.
1153 static Value *LookThroughFPExtensions(Value *V) {
1154   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1155     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1156       return LookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1157
1158   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1159   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1160   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1161   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1162     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1163       return V;  // No constant folding of this.
1164     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1165     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf))
1166       return V;
1167     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1168     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1169       return V;
1170     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1171       return V;  // Won't shrink.
1172     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1173       return V;
1174     // Don't try to shrink to various long double types.
1175   }
1176
1177   return V;
1178 }
1179
1180 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1181   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1182     return I;
1183   // If we have fptrunc(OpI (fpextend x), (fpextend y)), we would like to
1184   // simpilify this expression to avoid one or more of the trunc/extend
1185   // operations if we can do so without changing the numerical results.
1186   //
1187   // The exact manner in which the widths of the operands interact to limit
1188   // what we can and cannot do safely varies from operation to operation, and
1189   // is explained below in the various case statements.
1190   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1191   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1192     Value *LHSOrig = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1193     Value *RHSOrig = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1194     unsigned OpWidth = OpI->getType()->getFPMantissaWidth();
1195     unsigned LHSWidth = LHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1196     unsigned RHSWidth = RHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1197     unsigned SrcWidth = std::max(LHSWidth, RHSWidth);
1198     unsigned DstWidth = CI.getType()->getFPMantissaWidth();
1199     switch (OpI->getOpcode()) {
1200       default: break;
1201       case Instruction::FAdd:
1202       case Instruction::FSub:
1203         // For addition and subtraction, the infinitely precise result can
1204         // essentially be arbitrarily wide; proving that double rounding
1205         // will not occur because the result of OpI is exact (as we will for
1206         // FMul, for example) is hopeless.  However, we *can* nonetheless
1207         // frequently know that double rounding cannot occur (or that it is
1208         // innocuous) by taking advantage of the specific structure of
1209         // infinitely-precise results that admit double rounding.
1210         //
1211         // Specifically, if OpWidth >= 2*DstWdith+1 and DstWidth is sufficient
1212         // to represent both sources, we can guarantee that the double
1213         // rounding is innocuous (See p50 of Figueroa's 2000 PhD thesis,
1214         // "A Rigorous Framework for Fully Supporting the IEEE Standard ..."
1215         // for proof of this fact).
1216         //
1217         // Note: Figueroa does not consider the case where DstFormat !=
1218         // SrcFormat.  It's possible (likely even!) that this analysis
1219         // could be tightened for those cases, but they are rare (the main
1220         // case of interest here is (float)((double)float + float)).
1221         if (OpWidth >= 2*DstWidth+1 && DstWidth >= SrcWidth) {
1222           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1223             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1224           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1225             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1226           Instruction *RI =
1227             BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSOrig, RHSOrig);
1228           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1229           return RI;
1230         }
1231         break;
1232       case Instruction::FMul:
1233         // For multiplication, the infinitely precise result has at most
1234         // LHSWidth + RHSWidth significant bits; if OpWidth is sufficient
1235         // that such a value can be exactly represented, then no double
1236         // rounding can possibly occur; we can safely perform the operation
1237         // in the destination format if it can represent both sources.
1238         if (OpWidth >= LHSWidth + RHSWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1239           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1240             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1241           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1242             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1243           Instruction *RI =
1244             BinaryOperator::CreateFMul(LHSOrig, RHSOrig);
1245           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1246           return RI;
1247         }
1248         break;
1249       case Instruction::FDiv:
1250         // For division, we use again use the bound from Figueroa's
1251         // dissertation.  I am entirely certain that this bound can be
1252         // tightened in the unbalanced operand case by an analysis based on
1253         // the diophantine rational approximation bound, but the well-known
1254         // condition used here is a good conservative first pass.
1255         // TODO: Tighten bound via rigorous analysis of the unbalanced case.
1256         if (OpWidth >= 2*DstWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1257           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1258             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1259           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1260             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1261           Instruction *RI =
1262             BinaryOperator::CreateFDiv(LHSOrig, RHSOrig);
1263           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1264           return RI;
1265         }
1266         break;
1267       case Instruction::FRem:
1268         // Remainder is straightforward.  Remainder is always exact, so the
1269         // type of OpI doesn't enter into things at all.  We simply evaluate
1270         // in whichever source type is larger, then convert to the
1271         // destination type.
1272         Value *NewLHS = LHSOrig, *NewRHS = RHSOrig;
1273         if (LHSWidth < SrcWidth)
1274           NewLHS = Builder->CreateFPExt(NewLHS, RHSOrig->getType());
1275         else if (RHSWidth <= SrcWidth)
1276           NewRHS = Builder->CreateFPExt(NewRHS, LHSOrig->getType());
1277         if (NewLHS != LHSOrig || NewRHS != RHSOrig) {
1278           Value *ExactResult = Builder->CreateFRem(NewLHS, NewRHS);
1279           if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(ExactResult))
1280             RI->copyFastMathFlags(OpI);
1281           return CastInst::CreateFPCast(ExactResult, CI.getType());
1282         }
1283     }
1284
1285     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1286     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1287       Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1),
1288                                                  CI.getType());
1289       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFNeg(InnerTrunc);
1290       RI->copyFastMathFlags(OpI);
1291       return RI;
1292     }
1293   }
1294
1295   // (fptrunc (select cond, R1, Cst)) -->
1296   // (select cond, (fptrunc R1), (fptrunc Cst))
1297   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0));
1298   if (SI &&
1299       (isa<ConstantFP>(SI->getOperand(1)) ||
1300        isa<ConstantFP>(SI->getOperand(2)))) {
1301     Value *LHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(1),
1302                                              CI.getType());
1303     Value *RHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(2),
1304                                              CI.getType());
1305     return SelectInst::Create(SI->getOperand(0), LHSTrunc, RHSTrunc);
1306   }
1307
1308   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI.getOperand(0));
1309   if (II) {
1310     switch (II->getIntrinsicID()) {
1311       default: break;
1312       case Intrinsic::fabs: {
1313         // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1314         Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(II->getArgOperand(0),
1315                                                    CI.getType());
1316         Type *IntrinsicType[] = { CI.getType() };
1317         Function *Overload =
1318           Intrinsic::getDeclaration(CI.getParent()->getParent()->getParent(),
1319                                     II->getIntrinsicID(), IntrinsicType);
1320
1321         Value *Args[] = { InnerTrunc };
1322         return CallInst::Create(Overload, Args, II->getName());
1323       }
1324     }
1325   }
1326
1327   return nullptr;
1328 }
1329
1330 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1331   return commonCastTransforms(CI);
1332 }
1333
1334 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1335   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1336   if (!OpI)
1337     return commonCastTransforms(FI);
1338
1339   // fptoui(uitofp(X)) --> X
1340   // fptoui(sitofp(X)) --> X
1341   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1342   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1343   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1344   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1345   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1346       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1347       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() < /*extra bit for sign */
1348                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1349     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1350
1351   return commonCastTransforms(FI);
1352 }
1353
1354 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1355   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1356   if (!OpI)
1357     return commonCastTransforms(FI);
1358
1359   // fptosi(sitofp(X)) --> X
1360   // fptosi(uitofp(X)) --> X
1361   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1362   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1363   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1364   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1365   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1366       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1367       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() <=
1368                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1369     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1370
1371   return commonCastTransforms(FI);
1372 }
1373
1374 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1375   return commonCastTransforms(CI);
1376 }
1377
1378 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1379   return commonCastTransforms(CI);
1380 }
1381
1382 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1383   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1384   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1385   // cast to be exposed to other transforms.
1386
1387   if (DL) {
1388     unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1389     if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1390         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1391       Type *Ty = DL->getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1392       if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1393         Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1394
1395       Value *P = Builder->CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1396       return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1397     }
1398   }
1399
1400   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1401     return I;
1402
1403   return nullptr;
1404 }
1405
1406 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1407 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1408   Value *Src = CI.getOperand(0);
1409
1410   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1411     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1412     // this into a cast of the original pointer!
1413     if (GEP->hasAllZeroIndices() &&
1414         // If CI is an addrspacecast and GEP changes the poiner type, merging
1415         // GEP into CI would undo canonicalizing addrspacecast with different
1416         // pointer types, causing infinite loops.
1417         (!isa<AddrSpaceCastInst>(CI) ||
1418           GEP->getType() == GEP->getPointerOperand()->getType())) {
1419       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1420       // here because the pointer operand is being replaced with another
1421       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1422       Worklist.Add(GEP);
1423       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1424       return &CI;
1425     }
1426
1427     if (!DL)
1428       return commonCastTransforms(CI);
1429
1430     // If the GEP has a single use, and the base pointer is a bitcast, and the
1431     // GEP computes a constant offset, see if we can convert these three
1432     // instructions into fewer.  This typically happens with unions and other
1433     // non-type-safe code.
1434     unsigned AS = GEP->getPointerAddressSpace();
1435     unsigned OffsetBits = DL->getPointerSizeInBits(AS);
1436     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1437     BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(GEP->getOperand(0));
1438     if (GEP->hasOneUse() &&
1439         BCI &&
1440         GEP->accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1441       // Get the base pointer input of the bitcast, and the type it points to.
1442       Value *OrigBase = BCI->getOperand(0);
1443       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1444       if (FindElementAtOffset(OrigBase->getType(),
1445                               Offset.getSExtValue(),
1446                               NewIndices)) {
1447         // If we were able to index down into an element, create the GEP
1448         // and bitcast the result.  This eliminates one bitcast, potentially
1449         // two.
1450         Value *NGEP = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
1451           Builder->CreateInBoundsGEP(OrigBase, NewIndices) :
1452           Builder->CreateGEP(OrigBase, NewIndices);
1453         NGEP->takeName(GEP);
1454
1455         if (isa<BitCastInst>(CI))
1456           return new BitCastInst(NGEP, CI.getType());
1457         assert(isa<PtrToIntInst>(CI));
1458         return new PtrToIntInst(NGEP, CI.getType());
1459       }
1460     }
1461   }
1462
1463   return commonCastTransforms(CI);
1464 }
1465
1466 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1467   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1468   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1469   // to be exposed to other transforms.
1470
1471   if (!DL)
1472     return commonPointerCastTransforms(CI);
1473
1474   Type *Ty = CI.getType();
1475   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1476
1477   if (Ty->getScalarSizeInBits() == DL->getPointerSizeInBits(AS))
1478     return commonPointerCastTransforms(CI);
1479
1480   Type *PtrTy = DL->getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1481   if (Ty->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1482     PtrTy = VectorType::get(PtrTy, Ty->getVectorNumElements());
1483
1484   Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), PtrTy);
1485   return CastInst::CreateIntegerCast(P, Ty, /*isSigned=*/false);
1486 }
1487
1488 /// OptimizeVectorResize - This input value (which is known to have vector type)
1489 /// is being zero extended or truncated to the specified vector type.  Try to
1490 /// replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1491 ///
1492 /// The source and destination vector types may have different element types.
1493 static Instruction *OptimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1494                                          InstCombiner &IC) {
1495   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1496   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1497   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1498   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1499
1500   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1501     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1502     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1503     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1504     // there yet.
1505     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1506         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1507       return nullptr;
1508
1509     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1510     InVal = IC.Builder->CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1511   }
1512
1513   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1514   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1515   // size of the input.
1516   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1517   Value *V2;
1518
1519   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1520     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1521     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1522     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1523     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1524       ShuffleMask.push_back(i);
1525
1526   } else {
1527     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1528     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1529     // from a constant zero.
1530     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1531     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1532     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1533       ShuffleMask.push_back(i);
1534
1535     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1536     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1537       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1538   }
1539
1540   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1541                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1542                                                        ShuffleMask));
1543 }
1544
1545 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1546   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1547 }
1548
1549 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1550   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1551 }
1552
1553 /// CollectInsertionElements - V is a value which is inserted into a vector of
1554 /// VecEltTy.  Look through the value to see if we can decompose it into
1555 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1556 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1557 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1558 /// Shift is the number of bits between the lsb of V and the lsb of
1559 /// the vector.
1560 ///
1561 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1562 /// filling in Elements with the elements found here.
1563 static bool CollectInsertionElements(Value *V, unsigned Shift,
1564                                      SmallVectorImpl<Value*> &Elements,
1565                                      Type *VecEltTy, InstCombiner &IC) {
1566   assert(isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy) &&
1567          "Shift should be a multiple of the element type size");
1568
1569   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1570   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1571
1572   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1573   // right element.
1574   if (V->getType() == VecEltTy) {
1575     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1576     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1577       if (C->isNullValue())
1578         return true;
1579
1580     unsigned ElementIndex = getTypeSizeIndex(Shift, VecEltTy);
1581     if (IC.getDataLayout()->isBigEndian())
1582       ElementIndex = Elements.size() - ElementIndex - 1;
1583
1584     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1585     if (Elements[ElementIndex])
1586       return false;
1587
1588     Elements[ElementIndex] = V;
1589     return true;
1590   }
1591
1592   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1593     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1594     // as required.
1595     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1596                                         VecEltTy);
1597     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1598     // it to the right type so it gets properly inserted.
1599     if (NumElts == 1)
1600       return CollectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1601                                       Shift, Elements, VecEltTy, IC);
1602
1603     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1604     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1605     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1606       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1607                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1608     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1609     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1610
1611     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1612       unsigned ShiftI = Shift+i*ElementSize;
1613       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1614                                                                   ShiftI));
1615       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1616       if (!CollectInsertionElements(Piece, ShiftI, Elements, VecEltTy, IC))
1617         return false;
1618     }
1619     return true;
1620   }
1621
1622   if (!V->hasOneUse()) return false;
1623
1624   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1625   if (!I) return false;
1626   switch (I->getOpcode()) {
1627   default: return false; // Unhandled case.
1628   case Instruction::BitCast:
1629     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift,
1630                                     Elements, VecEltTy, IC);
1631   case Instruction::ZExt:
1632     if (!isMultipleOfTypeSize(
1633                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1634                               VecEltTy))
1635       return false;
1636     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift,
1637                                     Elements, VecEltTy, IC);
1638   case Instruction::Or:
1639     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift,
1640                                     Elements, VecEltTy, IC) &&
1641            CollectInsertionElements(I->getOperand(1), Shift,
1642                                     Elements, VecEltTy, IC);
1643   case Instruction::Shl: {
1644     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1645     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1646     if (!CI) return false;
1647     Shift += CI->getZExtValue();
1648     if (!isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy)) return false;
1649     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift,
1650                                     Elements, VecEltTy, IC);
1651   }
1652
1653   }
1654 }
1655
1656
1657 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions - If the input is an 'or' instruction, we
1658 /// may be doing shifts and ors to assemble the elements of the vector manually.
1659 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1660 /// optimize code like this:
1661 ///
1662 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1663 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1664 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1665 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1666 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1667 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1668 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1669 ///
1670 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1671 static Value *OptimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1672                                                 InstCombiner &IC) {
1673   // We need to know the target byte order to perform this optimization.
1674   if (!IC.getDataLayout()) return nullptr;
1675
1676   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1677   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1678
1679   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1680   if (!CollectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1681                                 DestVecTy->getElementType(), IC))
1682     return nullptr;
1683
1684   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1685   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1686   // insertions.
1687   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1688   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1689     if (!Elements[i]) continue;  // Unset element.
1690
1691     Result = IC.Builder->CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1692                                              IC.Builder->getInt32(i));
1693   }
1694
1695   return Result;
1696 }
1697
1698
1699 /// OptimizeIntToFloatBitCast - See if we can optimize an integer->float/double
1700 /// bitcast.  The various long double bitcasts can't get in here.
1701 static Instruction *OptimizeIntToFloatBitCast(BitCastInst &CI,InstCombiner &IC){
1702   // We need to know the target byte order to perform this optimization.
1703   if (!IC.getDataLayout()) return nullptr;
1704
1705   Value *Src = CI.getOperand(0);
1706   Type *DestTy = CI.getType();
1707
1708   // If this is a bitcast from int to float, check to see if the int is an
1709   // extraction from a vector.
1710   Value *VecInput = nullptr;
1711   // bitcast(trunc(bitcast(somevector)))
1712   if (match(Src, m_Trunc(m_BitCast(m_Value(VecInput)))) &&
1713       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1714     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1715     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1716
1717     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0) {
1718       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1719       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1720       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1721         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1722                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1723         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1724       }
1725
1726       unsigned Elt = 0;
1727       if (IC.getDataLayout()->isBigEndian())
1728         Elt = VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth - 1;
1729       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1730     }
1731   }
1732
1733   // bitcast(trunc(lshr(bitcast(somevector), cst))
1734   ConstantInt *ShAmt = nullptr;
1735   if (match(Src, m_Trunc(m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
1736                                 m_ConstantInt(ShAmt)))) &&
1737       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1738     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1739     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1740     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0 &&
1741         ShAmt->getZExtValue() % DestWidth == 0) {
1742       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1743       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1744       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1745         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1746                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1747         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1748       }
1749
1750       unsigned Elt = ShAmt->getZExtValue() / DestWidth;
1751       if (IC.getDataLayout()->isBigEndian())
1752         Elt = VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth - 1 - Elt;
1753       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1754     }
1755   }
1756   return nullptr;
1757 }
1758
1759 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
1760   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
1761   // otherwise just apply the common ones.
1762   Value *Src = CI.getOperand(0);
1763   Type *SrcTy = Src->getType();
1764   Type *DestTy = CI.getType();
1765
1766   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
1767   // be replaced by the operand.
1768   if (DestTy == Src->getType())
1769     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1770
1771   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
1772     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
1773     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
1774     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
1775
1776     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
1777     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1778     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
1779     // needs to be cleaned up.
1780     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
1781       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
1782         return V;
1783
1784     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
1785     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
1786     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
1787     Constant *ZeroUInt =
1788       Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext()));
1789     unsigned NumZeros = 0;
1790     while (SrcElTy != DstElTy &&
1791            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
1792            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1793       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(ZeroUInt);
1794       ++NumZeros;
1795     }
1796
1797     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1798     if (SrcElTy == DstElTy) {
1799       SmallVector<Value*, 8> Idxs(NumZeros+1, ZeroUInt);
1800       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
1801     }
1802   }
1803
1804   // Try to optimize int -> float bitcasts.
1805   if ((DestTy->isFloatTy() || DestTy->isDoubleTy()) && isa<IntegerType>(SrcTy))
1806     if (Instruction *I = OptimizeIntToFloatBitCast(CI, *this))
1807       return I;
1808
1809   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1810     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
1811       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1812       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1813                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1814       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1815     }
1816
1817     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
1818       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
1819       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
1820       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
1821       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
1822         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
1823         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
1824           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
1825             if (Instruction *I = OptimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
1826                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
1827               return I;
1828       }
1829
1830       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1831       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
1832       // and replace it with insertelements.
1833       if (Value *V = OptimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
1834         return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
1835     }
1836   }
1837
1838   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1839     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
1840       // If our destination is not a vector, then make this a straight
1841       // scalar-scalar cast.
1842       if (!DestTy->isVectorTy()) {
1843         Value *Elem =
1844           Builder->CreateExtractElement(Src,
1845                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1846         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1847       }
1848
1849       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
1850       // component directly.
1851       if (InsertElementInst *IEI =
1852             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
1853         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
1854                                 DestTy);
1855     }
1856   }
1857
1858   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1859     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1860     // a bitcast to a vector with the same # elts.
1861     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
1862         DestTy->getVectorNumElements() == SVI->getType()->getNumElements() &&
1863         SVI->getType()->getNumElements() ==
1864         SVI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements()) {
1865       BitCastInst *Tmp;
1866       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1867       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1868       // us to eliminate at least one cast.
1869       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1870            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1871           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1872            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1873         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1874         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1875         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1876         // know the vector types match #elts.
1877         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1878       }
1879     }
1880   }
1881
1882   if (SrcTy->isPointerTy())
1883     return commonPointerCastTransforms(CI);
1884   return commonCastTransforms(CI);
1885 }
1886
1887 Instruction *InstCombiner::visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI) {
1888   // If the destination pointer element type is not the same as the source's
1889   // first do a bitcast to the destination type, and then the addrspacecast.
1890   // This allows the cast to be exposed to other transforms.
1891   Value *Src = CI.getOperand(0);
1892   PointerType *SrcTy = cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType());
1893   PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI.getType()->getScalarType());
1894
1895   Type *DestElemTy = DestTy->getElementType();
1896   if (SrcTy->getElementType() != DestElemTy) {
1897     Type *MidTy = PointerType::get(DestElemTy, SrcTy->getAddressSpace());
1898     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
1899       // Handle vectors of pointers.
1900       MidTy = VectorType::get(MidTy, VT->getNumElements());
1901     }
1902
1903     Value *NewBitCast = Builder->CreateBitCast(Src, MidTy);
1904     return new AddrSpaceCastInst(NewBitCast, CI.getType());
1905   }
1906
1907   return commonPointerCastTransforms(CI);
1908 }