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/Support/PatternMatch.h"
  18 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 /// DecomposeSimpleLinearExpr - Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear
  23 /// expression.  If so, decompose it, returning some value X, such that Val is
  24 /// X*Scale+Offset.
  25 ///
  26 static Value *DecomposeSimpleLinearExpr(Value *Val, unsigned &Scale,
  27                                         uint64_t &Offset) {
  28   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Val)) {
  29     Offset = CI->getZExtValue();
  30     Scale  = 0;
  31     return ConstantInt::get(Val->getType(), 0);
  32   }
  33
  34   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(Val)) {
  35     // Cannot look past anything that might overflow.
  36     OverflowingBinaryOperator *OBI = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(Val);
  37     if (OBI && !OBI->hasNoUnsignedWrap() && !OBI->hasNoSignedWrap()) {
  38       Scale = 1;
  39       Offset = 0;
  40       return Val;
  41     }
  42
  43     if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
  44       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl) {
  45         // This is a value scaled by '1 << the shift amt'.
  46         Scale = UINT64_C(1) << RHS->getZExtValue();
  47         Offset = 0;
  48         return I->getOperand(0);
  49       }
  50
  51       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul) {
  52         // This value is scaled by 'RHS'.
  53         Scale = RHS->getZExtValue();
  54         Offset = 0;
  55         return I->getOperand(0);
  56       }
  57
  58       if (I->getOpcode() == Instruction::Add) {
  59         // We have X+C.  Check to see if we really have (X*C2)+C1,
  60         // where C1 is divisible by C2.
  61         unsigned SubScale;
  62         Value *SubVal =
  63           DecomposeSimpleLinearExpr(I->getOperand(0), SubScale, Offset);
  64         Offset += RHS->getZExtValue();
  65         Scale = SubScale;
  66         return SubVal;
  67       }
  68     }
  69   }
  70
  71   // Otherwise, we can't look past this.
  72   Scale = 1;
  73   Offset = 0;
  74   return Val;
  75 }
  76
  77 /// PromoteCastOfAllocation - If we find a cast of an allocation instruction,
  78 /// try to eliminate the cast by moving the type information into the alloc.
  79 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  80                                                    AllocaInst &AI) {
  81   // This requires DataLayout to get the alloca alignment and size information.
  82   if (!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   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 108   // shrinking the amount of memory being allocated.
 109   uint64_t AllocElTyStoreSize = TD->getTypeStoreSize(AllocElTy);
 110   uint64_t CastElTyStoreSize = TD->getTypeStoreSize(CastElTy);
 111   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return 0;
 112
 113   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 114   // size argument.
 115   unsigned ArraySizeScale;
 116   uint64_t ArrayOffset;
 117   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 118     DecomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 119
 120   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 121   // do the xform.
 122   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 123       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return 0;
 124
 125   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 126   Value *Amt = 0;
 127   if (Scale == 1) {
 128     Amt = NumElements;
 129   } else {
 130     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 131     // Insert before the alloca, not before the cast.
 132     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 133   }
 134
 135   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 136     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 137                                   Offset, true);
 138     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 139   }
 140
 141   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 142   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 143   New->takeName(&AI);
 144
 145   // If the allocation has multiple real uses, insert a cast and change all
 146   // things that used it to use the new cast.  This will also hack on CI, but it
 147   // will die soon.
 148   if (!AI.hasOneUse()) {
 149     // New is the allocation instruction, pointer typed. AI is the original
 150     // allocation instruction, also pointer typed. Thus, cast to use is BitCast.
 151     Value *NewCast = AllocaBuilder.CreateBitCast(New, AI.getType(), "tmpcast");
 152     ReplaceInstUsesWith(AI, NewCast);
 153   }
 154   return ReplaceInstUsesWith(CI, New);
 155 }
 156
 157 /// EvaluateInDifferentType - Given an expression that
 158 /// CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns true for, actually
 159 /// insert the code to evaluate the expression.
 160 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 161                                              bool isSigned) {
 162   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 163     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 164     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with TD info.
 165     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 166       C = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
 167     return C;
 168   }
 169
 170   // Otherwise, it must be an instruction.
 171   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 172   Instruction *Res = 0;
 173   unsigned Opc = I->getOpcode();
 174   switch (Opc) {
 175   case Instruction::Add:
 176   case Instruction::Sub:
 177   case Instruction::Mul:
 178   case Instruction::And:
 179   case Instruction::Or:
 180   case Instruction::Xor:
 181   case Instruction::AShr:
 182   case Instruction::LShr:
 183   case Instruction::Shl:
 184   case Instruction::UDiv:
 185   case Instruction::URem: {
 186     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 187     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 188     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 189     break;
 190   }
 191   case Instruction::Trunc:
 192   case Instruction::ZExt:
 193   case Instruction::SExt:
 194     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 195     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 196     // new.
 197     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 198       return I->getOperand(0);
 199
 200     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 201     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 202     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 203                                       Opc == Instruction::SExt);
 204     break;
 205   case Instruction::Select: {
 206     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 207     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 208     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 209     break;
 210   }
 211   case Instruction::PHI: {
 212     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 213     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 214     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 215       Value *V =EvaluateInDifferentType(OPN->getIncomingValue(i), Ty, isSigned);
 216       NPN->addIncoming(V, OPN->getIncomingBlock(i));
 217     }
 218     Res = NPN;
 219     break;
 220   }
 221   default:
 222     // TODO: Can handle more cases here.
 223     llvm_unreachable("Unreachable!");
 224   }
 225
 226   Res->takeName(I);
 227   return InsertNewInstWith(Res, *I);
 228 }
 229
 230
 231 /// This function is a wrapper around CastInst::isEliminableCastPair. It
 232 /// simply extracts arguments and returns what that function returns.
 233 static Instruction::CastOps
 234 isEliminableCastPair(
 235   const CastInst *CI, ///< The first cast instruction
 236   unsigned opcode,       ///< The opcode of the second cast instruction
 237   Type *DstTy,     ///< The target type for the second cast instruction
 238   DataLayout *TD         ///< The target data for pointer size
 239 ) {
 240
 241   Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 242   Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 243
 244   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 245   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 246   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 247   Type *SrcIntPtrTy = TD && SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 248     TD->getIntPtrType(SrcTy) : 0;
 249   Type *MidIntPtrTy = TD && MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 250     TD->getIntPtrType(MidTy) : 0;
 251   Type *DstIntPtrTy = TD && DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ?
 252     TD->getIntPtrType(DstTy) : 0;
 253   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 254                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 255                                                 DstIntPtrTy);
 256
 257   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 258   // type that differs from the pointer size.
 259   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 260       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 261     Res = 0;
 262
 263   return Instruction::CastOps(Res);
 264 }
 265
 266 /// ShouldOptimizeCast - Return true if the cast from "V to Ty" actually
 267 /// results in any code being generated and is interesting to optimize out. If
 268 /// the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 269 /// to do the simplification first.
 270 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 271                                       Type *Ty) {
 272   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 273   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 274
 275   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 276   // eliminated.
 277   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 278     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, TD))
 279       return false;
 280
 281   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 282   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 283   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && Ty->isVectorTy())
 284     return false;
 285
 286   return true;
 287 }
 288
 289
 290 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 291 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 292   Value *Src = CI.getOperand(0);
 293
 294   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 295   // eliminate it now.
 296   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 297     if (Instruction::CastOps opc =
 298         isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), TD)) {
 299       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 300       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 301       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 302     }
 303   }
 304
 305   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 306   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 307     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 308       return NV;
 309
 310   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 311   if (isa<PHINode>(Src)) {
 312     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 313     // it is currently legal.
 314     if (!Src->getType()->isIntegerTy() ||
 315         !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 316         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 317       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 318         return NV;
 319   }
 320
 321   return 0;
 322 }
 323
 324 /// CanEvaluateTruncated - Return true if we can evaluate the specified
 325 /// expression tree as type Ty instead of its larger type, and arrive with the
 326 /// same value.  This is used by code that tries to eliminate truncates.
 327 ///
 328 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 329 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 330 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 331 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 332 ///
 333 /// This function works on both vectors and scalars.
 334 ///
 335 static bool CanEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty) {
 336   // We can always evaluate constants in another type.
 337   if (isa<Constant>(V))
 338     return true;
 339
 340   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 341   if (!I) return false;
 342
 343   Type *OrigTy = V->getType();
 344
 345   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 346   // has multiple uses.
 347   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 348       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 349     return true;
 350
 351   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 352   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 353   if (!I->hasOneUse()) return false;
 354
 355   unsigned Opc = I->getOpcode();
 356   switch (Opc) {
 357   case Instruction::Add:
 358   case Instruction::Sub:
 359   case Instruction::Mul:
 360   case Instruction::And:
 361   case Instruction::Or:
 362   case Instruction::Xor:
 363     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 364     return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 365            CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 366
 367   case Instruction::UDiv:
 368   case Instruction::URem: {
 369     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 370     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 371     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 372     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 373       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 374       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask) &&
 375           MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask)) {
 376         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty) &&
 377                CanEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty);
 378       }
 379     }
 380     break;
 381   }
 382   case Instruction::Shl:
 383     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 384     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 385     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 386       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 387       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 388         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 389     }
 390     break;
 391   case Instruction::LShr:
 392     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 393     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 394     // already zeros.
 395     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 396       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 397       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 398       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 399             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth)) &&
 400           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 401         return CanEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty);
 402       }
 403     }
 404     break;
 405   case Instruction::Trunc:
 406     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 407     return true;
 408   case Instruction::ZExt:
 409   case Instruction::SExt:
 410     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 411     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 412     return true;
 413   case Instruction::Select: {
 414     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 415     return CanEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty) &&
 416            CanEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty);
 417   }
 418   case Instruction::PHI: {
 419     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 420     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 421     // instructions with a single use.
 422     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 423     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 424       if (!CanEvaluateTruncated(PN->getIncomingValue(i), Ty))
 425         return false;
 426     return true;
 427   }
 428   default:
 429     // TODO: Can handle more cases here.
 430     break;
 431   }
 432
 433   return false;
 434 }
 435
 436 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 437   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 438     return Result;
 439
 440   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 441   // purpose is to compute bits we don't care about.
 442   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 443     return &CI;
 444
 445   Value *Src = CI.getOperand(0);
 446   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 447
 448   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 449   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 450   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 451   // strange.
 452   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 453       CanEvaluateTruncated(Src, DestTy)) {
 454
 455     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 456     // eliminates the cast, so it is always a win.
 457     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 458           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 459     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 460     assert(Res->getType() == DestTy);
 461     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 462   }
 463
 464   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 465   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 466     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 467     Src = Builder->CreateAnd(Src, One);
 468     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 469     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 470   }
 471
 472   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 473   Value *A = 0; ConstantInt *Cst = 0;
 474   if (Src->hasOneUse() &&
 475       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 476     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 477     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 478     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 479     // between ASize and ResultSize.
 480     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 481
 482     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 483     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 484     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 485       return ReplaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(CI.getType()));
 486
 487     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 488     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 489     // type, then zero extend or truncate to the result.
 490     Value *Shift = Builder->CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 491     Shift->takeName(Src);
 492     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 493   }
 494
 495   // Transform "trunc (and X, cst)" -> "and (trunc X), cst" so long as the dest
 496   // type isn't non-native.
 497   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(Src->getType()) &&
 498       ShouldChangeType(Src->getType(), CI.getType()) &&
 499       match(Src, m_And(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst)))) {
 500     Value *NewTrunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), A->getName()+".tr");
 501     return BinaryOperator::CreateAnd(NewTrunc,
 502                                      ConstantExpr::getTrunc(Cst, CI.getType()));
 503   }
 504
 505   return 0;
 506 }
 507
 508 /// transformZExtICmp - Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations
 509 /// in order to eliminate the icmp.
 510 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 511                                              bool DoXform) {
 512   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 513   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 514   // cast to integer to avoid the comparison.
 515   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 516     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 517
 518     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 519     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 520     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 521         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 522       if (!DoXform) return ICI;
 523
 524       Value *In = ICI->getOperand(0);
 525       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 526                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 527       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 528       if (In->getType() != CI.getType())
 529         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 530
 531       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 532         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 533         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 534       }
 535
 536       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 537     }
 538
 539     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 540     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 541     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 542     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 543     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 544     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 545     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 546     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 547     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 548         // This only works for EQ and NE
 549         ICI->isEquality()) {
 550       // If Op1C some other power of two, convert:
 551       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 552       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 553       ComputeMaskedBits(ICI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne);
 554
 555       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 556       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 557         if (!DoXform) return ICI;
 558
 559         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 560         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 561           // (X&4) == 2 --> false
 562           // (X&4) != 2 --> true
 563           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 564                                            isNE);
 565           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 566           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 567         }
 568
 569         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 570         Value *In = ICI->getOperand(0);
 571         if (ShiftAmt) {
 572           // Perform a logical shr by shiftamt.
 573           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 574           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 575                                    In->getName()+".lobit");
 576         }
 577
 578         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 579           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 580           In = Builder->CreateXor(In, One);
 581         }
 582
 583         if (CI.getType() == In->getType())
 584           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 585         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 586       }
 587     }
 588   }
 589
 590   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 591   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 592   // may lead to additional simplifications.
 593   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 594     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 595       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 596       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 597       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 598
 599       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 600       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 601       ComputeMaskedBits(LHS, KnownZeroLHS, KnownOneLHS);
 602       ComputeMaskedBits(RHS, KnownZeroRHS, KnownOneRHS);
 603
 604       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 605         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 606         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 607         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 608           if (!DoXform) return ICI;
 609
 610           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 611
 612           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 613           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 614             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 615                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 616
 617           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 618           Result = Builder->CreateLShr(
 619                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 620
 621           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 622             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 623           Result->takeName(ICI);
 624           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 625         }
 626       }
 627     }
 628   }
 629
 630   return 0;
 631 }
 632
 633 /// CanEvaluateZExtd - Determine if the specified value can be computed in the
 634 /// specified wider type and produce the same low bits.  If not, return false.
 635 ///
 636 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 637 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 638 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 639 /// out.  For example, to promote something like:
 640 ///
 641 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 642 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 643 ///   %E = zext i32 %C to i64
 644 ///
 645 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 646 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 647 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 648 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 649 ///
 650 /// This function works on both vectors and scalars.
 651 static bool CanEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear) {
 652   BitsToClear = 0;
 653   if (isa<Constant>(V))
 654     return true;
 655
 656   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 657   if (!I) return false;
 658
 659   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 660   // eliminate it.
 661   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 662     return true;
 663
 664   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 665   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 666   if (!I->hasOneUse()) return false;
 667
 668   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 669   switch (Opc) {
 670   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 671   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 672   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 673     return true;
 674   case Instruction::And:
 675   case Instruction::Or:
 676   case Instruction::Xor:
 677   case Instruction::Add:
 678   case Instruction::Sub:
 679   case Instruction::Mul:
 680   case Instruction::Shl:
 681     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear) ||
 682         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp))
 683       return false;
 684     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 685     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 686       return true;
 687
 688     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 689     // other side, BitsToClear is ok.
 690     if (Tmp == 0 &&
 691         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 692          Opc == Instruction::Xor)) {
 693       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 694       // about the most is constant RHS.
 695       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 696       if (MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 697                             APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear)))
 698         return true;
 699     }
 700
 701     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 702     return false;
 703
 704   case Instruction::LShr:
 705     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 706     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 707     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 708       if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear))
 709         return false;
 710       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 711       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 712         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 713       return true;
 714     }
 715     // Cannot promote variable LSHR.
 716     return false;
 717   case Instruction::Select:
 718     if (!CanEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp) ||
 719         !CanEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear) ||
 720         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 721         // known zero in the disagreeing side.
 722         Tmp != BitsToClear)
 723       return false;
 724     return true;
 725
 726   case Instruction::PHI: {
 727     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 728     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 729     // instructions with a single use.
 730     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 731     if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear))
 732       return false;
 733     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 734       if (!CanEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp) ||
 735           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 736           // are known zero in the disagreeing input.
 737           Tmp != BitsToClear)
 738         return false;
 739     return true;
 740   }
 741   default:
 742     // TODO: Can handle more cases here.
 743     return false;
 744   }
 745 }
 746
 747 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 748   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
 749   // eliminated before we try to optimize this zext.
 750   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
 751     return 0;
 752
 753   // If one of the common conversion will work, do it.
 754   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 755     return Result;
 756
 757   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 758   // purpose is to compute bits we don't care about.
 759   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 760     return &CI;
 761
 762   Value *Src = CI.getOperand(0);
 763   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 764
 765   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 766   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 767   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 768   // strange.
 769   unsigned BitsToClear;
 770   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 771       CanEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear)) {
 772     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 773            "Unreasonable BitsToClear");
 774
 775     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 776     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 777           " to avoid zero extend: " << CI);
 778     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 779     assert(Res->getType() == DestTy);
 780
 781     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 782     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 783
 784     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 785     // cast with the result.
 786     if (MaskedValueIsZero(Res, APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 787                                                      DestBitSize-SrcBitsKept)))
 788       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 789
 790     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 791     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 792                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 793     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 794   }
 795
 796   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 797   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 798   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 799   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 800     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 801
 802     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 803     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 804     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 805     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 806     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 807     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 808     // If we're actually extending zero bits, then if
 809     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 810     // SrcSize == DstSize: a & mask
 811     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 812     if (SrcSize < DstSize) {
 813       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 814       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 815       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 816       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 817     }
 818
 819     if (SrcSize == DstSize) {
 820       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 821       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 822                                                            AndValue));
 823     }
 824     if (SrcSize > DstSize) {
 825       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType());
 826       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 827       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 828                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 829                                                         AndValue));
 830     }
 831   }
 832
 833   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 834     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 835
 836   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 837   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 838     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 839     // of the (zext icmp) will be transformed.
 840     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 841     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 842     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 843         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 844          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 845       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 846       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 847       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 848     }
 849   }
 850
 851   // zext(trunc(t) & C) -> (t & zext(C)).
 852   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::And && SrcI->hasOneUse())
 853     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 854       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(SrcI->getOperand(0))) {
 855         Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 856         if (TI0->getType() == CI.getType())
 857           return
 858             BinaryOperator::CreateAnd(TI0,
 859                                 ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 860       }
 861
 862   // zext((trunc(t) & C) ^ C) -> ((t & zext(C)) ^ zext(C)).
 863   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Xor && SrcI->hasOneUse())
 864     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(SrcI->getOperand(1)))
 865       if (BinaryOperator *And = dyn_cast<BinaryOperator>(SrcI->getOperand(0)))
 866         if (And->getOpcode() == Instruction::And && And->hasOneUse() &&
 867             And->getOperand(1) == C)
 868           if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(And->getOperand(0))) {
 869             Value *TI0 = TI->getOperand(0);
 870             if (TI0->getType() == CI.getType()) {
 871               Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 872               Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(TI0, ZC);
 873               return BinaryOperator::CreateXor(NewAnd, ZC);
 874             }
 875           }
 876
 877   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 878   Value *X;
 879   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() && SrcI->getType()->isIntegerTy(1) &&
 880       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) &&
 881       (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 882     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 883     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 884   }
 885
 886   return 0;
 887 }
 888
 889 /// transformSExtICmp - Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations
 890 /// in order to eliminate the icmp.
 891 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
 892   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
 893   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 894
 895   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 896     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
 897     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
 898     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isZero()) ||
 899         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
 900
 901       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
 902                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 903       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName()+".lobit");
 904       if (In->getType() != CI.getType())
 905         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 906
 907       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 908         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 909       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 910     }
 911
 912     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
 913     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
 914     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
 915     if (ICI->hasOneUse() &&
 916         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
 917       unsigned BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 918       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 919       ComputeMaskedBits(Op0, KnownZero, KnownOne);
 920
 921       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 922       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
 923         Value *In = ICI->getOperand(0);
 924
 925         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
 926         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
 927           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
 928                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
 929                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
 930           return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
 931         }
 932
 933         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
 934           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
 935           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
 936           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
 937           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
 938           if (ShiftAmt)
 939             In = Builder->CreateLShr(In,
 940                                      ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 941
 942           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
 943           // {1, 0} -> {0, -1}.
 944           In = Builder->CreateAdd(In,
 945                                   ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
 946                                   "sext");
 947         } else {
 948           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 949           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 950           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
 951           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
 952           if (ShiftAmt)
 953             In = Builder->CreateShl(In,
 954                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 955
 956           // Distribute the bit over the whole bit width.
 957           In = Builder->CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
 958                                                         BitWidth - 1), "sext");
 959         }
 960
 961         if (CI.getType() == In->getType())
 962           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 963         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 964       }
 965     }
 966   }
 967
 968   // vector (x <s 0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31   -> all ones if signed.
 969   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
 970     if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && match(Op1, m_Zero()) &&
 971         Op0->getType() == CI.getType()) {
 972       Type *EltTy = VTy->getElementType();
 973
 974       // splat the shift constant to a constant vector.
 975       Constant *VSh = ConstantInt::get(VTy, EltTy->getScalarSizeInBits()-1);
 976       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, VSh, Op0->getName()+".lobit");
 977       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 978     }
 979   }
 980
 981   return 0;
 982 }
 983
 984 /// CanEvaluateSExtd - Return true if we can take the specified value
 985 /// and return it as type Ty without inserting any new casts and without
 986 /// changing the value of the common low bits.  This is used by code that tries
 987 /// to promote integer operations to a wider types will allow us to eliminate
 988 /// the extension.
 989 ///
 990 /// This function works on both vectors and scalars.
 991 ///
 992 static bool CanEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
 993   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
 994          "Can't sign extend type to a smaller type");
 995   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
 996   if (isa<Constant>(V))
 997     return true;
 998
 999   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1000   if (!I) return false;
1001
1002   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
1003   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
1004     return true;
1005
1006   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
1007   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
1008   if (!I->hasOneUse()) return false;
1009
1010   switch (I->getOpcode()) {
1011   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1012   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1013   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1014     return true;
1015   case Instruction::And:
1016   case Instruction::Or:
1017   case Instruction::Xor:
1018   case Instruction::Add:
1019   case Instruction::Sub:
1020   case Instruction::Mul:
1021     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1022     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1023            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1024
1025   //case Instruction::Shl:   TODO
1026   //case Instruction::LShr:  TODO
1027
1028   case Instruction::Select:
1029     return CanEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1030            CanEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1031
1032   case Instruction::PHI: {
1033     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1034     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1035     // instructions with a single use.
1036     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1037     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1038       if (!CanEvaluateSExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty)) return false;
1039     return true;
1040   }
1041   default:
1042     // TODO: Can handle more cases here.
1043     break;
1044   }
1045
1046   return false;
1047 }
1048
1049 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1050   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1051   // eliminated before we try to optimize this sext.
1052   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.use_back()))
1053     return 0;
1054
1055   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1056     return I;
1057
1058   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
1059   // purpose is to compute bits we don't care about.
1060   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
1061     return &CI;
1062
1063   Value *Src = CI.getOperand(0);
1064   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1065
1066   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1067   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1068   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1069   // strange.
1070   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1071       CanEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1072     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1073     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1074           " to avoid sign extend: " << CI);
1075     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1076     assert(Res->getType() == DestTy);
1077
1078     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1079     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1080
1081     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1082     // cast with the result.
1083     if (ComputeNumSignBits(Res) > DestBitSize - SrcBitSize)
1084       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
1085
1086     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1087     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1088     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1089                                       ShAmt);
1090   }
1091
1092   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
1093   // into shifts.
1094   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
1095     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
1096       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1097       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1098
1099       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1100       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1101       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
1102       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
1103     }
1104
1105   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1106     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1107
1108   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1109   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1110   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1111   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1112   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1113   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1114   //   %a = trunc i32 %i to i8
1115   //   %b = shl i8 %a, 6
1116   //   %c = ashr i8 %b, 6
1117   //   %d = sext i8 %c to i32
1118   // into:
1119   //   %a = shl i32 %i, 30
1120   //   %d = ashr i32 %a, 30
1121   Value *A = 0;
1122   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1123   ConstantInt *BA = 0, *CA = 0;
1124   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1125                         m_ConstantInt(CA))) &&
1126       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1127     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1128     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1129     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1130     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1131     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1132     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1133   }
1134
1135   return 0;
1136 }
1137
1138
1139 /// FitsInFPType - Return a Constant* for the specified FP constant if it fits
1140 /// in the specified FP type without changing its value.
1141 static Constant *FitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1142   bool losesInfo;
1143   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1144   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1145   if (!losesInfo)
1146     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1147   return 0;
1148 }
1149
1150 /// LookThroughFPExtensions - If this is an fp extension instruction, look
1151 /// through it until we get the source value.
1152 static Value *LookThroughFPExtensions(Value *V) {
1153   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1154     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1155       return LookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1156
1157   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1158   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1159   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1160   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1161     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1162       return V;  // No constant folding of this.
1163     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1164     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf))
1165       return V;
1166     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1167     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1168       return V;
1169     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1170       return V;  // Won't shrink.
1171     if (Value *V = FitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1172       return V;
1173     // Don't try to shrink to various long double types.
1174   }
1175
1176   return V;
1177 }
1178
1179 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1180   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1181     return I;
1182
1183   // If we have fptrunc(fadd (fpextend x), (fpextend y)), where x and y are
1184   // smaller than the destination type, we can eliminate the truncate by doing
1185   // the add as the smaller type.  This applies to fadd/fsub/fmul/fdiv as well
1186   // as many builtins (sqrt, etc).
1187   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1188   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1189     switch (OpI->getOpcode()) {
1190     default: break;
1191     case Instruction::FAdd:
1192     case Instruction::FSub:
1193     case Instruction::FMul:
1194     case Instruction::FDiv:
1195     case Instruction::FRem:
1196       Type *SrcTy = OpI->getType();
1197       Value *LHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1198       Value *RHSTrunc = LookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1199       if (LHSTrunc->getType() != SrcTy &&
1200           RHSTrunc->getType() != SrcTy) {
1201         unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1202         // If the source types were both smaller than the destination type of
1203         // the cast, do this xform.
1204         if (LHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize &&
1205             RHSTrunc->getType()->getScalarSizeInBits() <= DstSize) {
1206           LHSTrunc = Builder->CreateFPExt(LHSTrunc, CI.getType());
1207           RHSTrunc = Builder->CreateFPExt(RHSTrunc, CI.getType());
1208           return BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSTrunc, RHSTrunc);
1209         }
1210       }
1211       break;
1212     }
1213
1214     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1215     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1216       Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1),
1217                                                  CI.getType());
1218       return BinaryOperator::CreateFNeg(InnerTrunc);
1219     }
1220   }
1221
1222   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI.getOperand(0));
1223   if (II) {
1224     switch (II->getIntrinsicID()) {
1225       default: break;
1226       case Intrinsic::fabs: {
1227         // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1228         Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(II->getArgOperand(0),
1229                                                    CI.getType());
1230         Type *IntrinsicType[] = { CI.getType() };
1231         Function *Overload =
1232           Intrinsic::getDeclaration(CI.getParent()->getParent()->getParent(),
1233                                     II->getIntrinsicID(), IntrinsicType);
1234
1235         Value *Args[] = { InnerTrunc };
1236         return CallInst::Create(Overload, Args, II->getName());
1237       }
1238     }
1239   }
1240
1241   // Fold (fptrunc (sqrt (fpext x))) -> (sqrtf x)
1242   CallInst *Call = dyn_cast<CallInst>(CI.getOperand(0));
1243   if (Call && Call->getCalledFunction() && TLI->has(LibFunc::sqrtf) &&
1244       Call->getCalledFunction()->getName() == TLI->getName(LibFunc::sqrt) &&
1245       Call->getNumArgOperands() == 1 &&
1246       Call->hasOneUse()) {
1247     CastInst *Arg = dyn_cast<CastInst>(Call->getArgOperand(0));
1248     if (Arg && Arg->getOpcode() == Instruction::FPExt &&
1249         CI.getType()->isFloatTy() &&
1250         Call->getType()->isDoubleTy() &&
1251         Arg->getType()->isDoubleTy() &&
1252         Arg->getOperand(0)->getType()->isFloatTy()) {
1253       Function *Callee = Call->getCalledFunction();
1254       Module *M = CI.getParent()->getParent()->getParent();
1255       Constant *SqrtfFunc = M->getOrInsertFunction("sqrtf",
1256                                                    Callee->getAttributes(),
1257                                                    Builder->getFloatTy(),
1258                                                    Builder->getFloatTy(),
1259                                                    NULL);
1260       CallInst *ret = CallInst::Create(SqrtfFunc, Arg->getOperand(0),
1261                                        "sqrtfcall");
1262       ret->setAttributes(Callee->getAttributes());
1263
1264
1265       // Remove the old Call.  With -fmath-errno, it won't get marked readnone.
1266       ReplaceInstUsesWith(*Call, UndefValue::get(Call->getType()));
1267       EraseInstFromFunction(*Call);
1268       return ret;
1269     }
1270   }
1271
1272   return 0;
1273 }
1274
1275 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1276   return commonCastTransforms(CI);
1277 }
1278
1279 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1280   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1281   if (OpI == 0)
1282     return commonCastTransforms(FI);
1283
1284   // fptoui(uitofp(X)) --> X
1285   // fptoui(sitofp(X)) --> X
1286   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1287   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1288   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1289   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1290   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1291       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1292       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() < /*extra bit for sign */
1293                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1294     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1295
1296   return commonCastTransforms(FI);
1297 }
1298
1299 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1300   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1301   if (OpI == 0)
1302     return commonCastTransforms(FI);
1303
1304   // fptosi(sitofp(X)) --> X
1305   // fptosi(uitofp(X)) --> X
1306   // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1307   // accurately represent all values of X.  For example, do not do this with
1308   // i64->float->i64.  This is also safe for sitofp case, because any negative
1309   // 'X' value would cause an undefined result for the fptoui.
1310   if ((isa<UIToFPInst>(OpI) || isa<SIToFPInst>(OpI)) &&
1311       OpI->getOperand(0)->getType() == FI.getType() &&
1312       (int)FI.getType()->getScalarSizeInBits() <=
1313                     OpI->getType()->getFPMantissaWidth())
1314     return ReplaceInstUsesWith(FI, OpI->getOperand(0));
1315
1316   return commonCastTransforms(FI);
1317 }
1318
1319 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1320   return commonCastTransforms(CI);
1321 }
1322
1323 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1324   return commonCastTransforms(CI);
1325 }
1326
1327 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1328   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1329   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1330   // cast to be exposed to other transforms.
1331   if (TD && CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1332       TD->getPointerSizeInBits()) {
1333     Type *Ty = TD->getIntPtrType(CI.getContext());
1334     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1335       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1336
1337     Value *P = Builder->CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1338     return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1339   }
1340
1341   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1342     return I;
1343
1344   return 0;
1345 }
1346
1347 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1348 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1349   Value *Src = CI.getOperand(0);
1350
1351   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1352     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1353     // this into a cast of the original pointer!
1354     if (GEP->hasAllZeroIndices()) {
1355       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1356       // here because the pointer operand is being replaced with another
1357       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1358       Worklist.Add(GEP);
1359       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1360       return &CI;
1361     }
1362
1363     // If the GEP has a single use, and the base pointer is a bitcast, and the
1364     // GEP computes a constant offset, see if we can convert these three
1365     // instructions into fewer.  This typically happens with unions and other
1366     // non-type-safe code.
1367     APInt Offset(TD ? TD->getPointerSizeInBits() : 1, 0);
1368     if (TD && GEP->hasOneUse() && isa<BitCastInst>(GEP->getOperand(0)) &&
1369         GEP->accumulateConstantOffset(*TD, Offset)) {
1370       // Get the base pointer input of the bitcast, and the type it points to.
1371       Value *OrigBase = cast<BitCastInst>(GEP->getOperand(0))->getOperand(0);
1372       Type *GEPIdxTy =
1373       cast<PointerType>(OrigBase->getType())->getElementType();
1374       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1375       if (FindElementAtOffset(GEPIdxTy, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1376         // If we were able to index down into an element, create the GEP
1377         // and bitcast the result.  This eliminates one bitcast, potentially
1378         // two.
1379         Value *NGEP = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds() ?
1380         Builder->CreateInBoundsGEP(OrigBase, NewIndices) :
1381         Builder->CreateGEP(OrigBase, NewIndices);
1382         NGEP->takeName(GEP);
1383
1384         if (isa<BitCastInst>(CI))
1385           return new BitCastInst(NGEP, CI.getType());
1386         assert(isa<PtrToIntInst>(CI));
1387         return new PtrToIntInst(NGEP, CI.getType());
1388       }
1389     }
1390   }
1391
1392   return commonCastTransforms(CI);
1393 }
1394
1395 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1396   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1397   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1398   // to be exposed to other transforms.
1399   if (TD && CI.getType()->getScalarSizeInBits() != TD->getPointerSizeInBits()) {
1400     Type *Ty = TD->getIntPtrType(CI.getContext());
1401     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1402       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1403
1404     Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), Ty);
1405     return CastInst::CreateIntegerCast(P, CI.getType(), /*isSigned=*/false);
1406   }
1407
1408   return commonPointerCastTransforms(CI);
1409 }
1410
1411 /// OptimizeVectorResize - This input value (which is known to have vector type)
1412 /// is being zero extended or truncated to the specified vector type.  Try to
1413 /// replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1414 ///
1415 /// The source and destination vector types may have different element types.
1416 static Instruction *OptimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1417                                          InstCombiner &IC) {
1418   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1419   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1420   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1421   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1422
1423   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1424     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1425     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1426     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1427     // there yet.
1428     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1429         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1430       return 0;
1431
1432     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1433     InVal = IC.Builder->CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1434   }
1435
1436   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1437   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1438   // size of the input.
1439   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1440   Value *V2;
1441
1442   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1443     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1444     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1445     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1446     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1447       ShuffleMask.push_back(i);
1448
1449   } else {
1450     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1451     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1452     // from a constant zero.
1453     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1454     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1455     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1456       ShuffleMask.push_back(i);
1457
1458     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1459     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1460       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1461   }
1462
1463   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1464                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1465                                                        ShuffleMask));
1466 }
1467
1468 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1469   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1470 }
1471
1472 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1473   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1474 }
1475
1476 /// CollectInsertionElements - V is a value which is inserted into a vector of
1477 /// VecEltTy.  Look through the value to see if we can decompose it into
1478 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1479 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1480 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1481 ///
1482 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1483 /// filling in Elements with the elements found here.
1484 static bool CollectInsertionElements(Value *V, unsigned ElementIndex,
1485                                      SmallVectorImpl<Value*> &Elements,
1486                                      Type *VecEltTy) {
1487   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1488   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1489
1490   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1491   // right element.
1492   if (V->getType() == VecEltTy) {
1493     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1494     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1495       if (C->isNullValue())
1496         return true;
1497
1498     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1499     if (ElementIndex >= Elements.size() || Elements[ElementIndex] != 0)
1500       return false;
1501
1502     Elements[ElementIndex] = V;
1503     return true;
1504   }
1505
1506   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1507     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1508     // as required.
1509     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1510                                         VecEltTy);
1511     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1512     // it to the right type so it gets properly inserted.
1513     if (NumElts == 1)
1514       return CollectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1515                                       ElementIndex, Elements, VecEltTy);
1516
1517     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1518     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1519     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1520       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1521                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1522     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1523     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1524
1525     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1526       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1527                                                                i*ElementSize));
1528       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1529       if (!CollectInsertionElements(Piece, ElementIndex+i, Elements, VecEltTy))
1530         return false;
1531     }
1532     return true;
1533   }
1534
1535   if (!V->hasOneUse()) return false;
1536
1537   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1538   if (I == 0) return false;
1539   switch (I->getOpcode()) {
1540   default: return false; // Unhandled case.
1541   case Instruction::BitCast:
1542     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1543                                     Elements, VecEltTy);
1544   case Instruction::ZExt:
1545     if (!isMultipleOfTypeSize(
1546                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1547                               VecEltTy))
1548       return false;
1549     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1550                                     Elements, VecEltTy);
1551   case Instruction::Or:
1552     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex,
1553                                     Elements, VecEltTy) &&
1554            CollectInsertionElements(I->getOperand(1), ElementIndex,
1555                                     Elements, VecEltTy);
1556   case Instruction::Shl: {
1557     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1558     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1559     if (CI == 0) return false;
1560     if (!isMultipleOfTypeSize(CI->getZExtValue(), VecEltTy)) return false;
1561     unsigned IndexShift = getTypeSizeIndex(CI->getZExtValue(), VecEltTy);
1562
1563     return CollectInsertionElements(I->getOperand(0), ElementIndex+IndexShift,
1564                                     Elements, VecEltTy);
1565   }
1566
1567   }
1568 }
1569
1570
1571 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions - If the input is an 'or' instruction, we
1572 /// may be doing shifts and ors to assemble the elements of the vector manually.
1573 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1574 /// optimize code like this:
1575 ///
1576 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1577 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1578 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1579 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1580 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1581 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1582 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1583 ///
1584 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1585 static Value *OptimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1586                                                 InstCombiner &IC) {
1587   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1588   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1589
1590   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1591   if (!CollectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1592                                 DestVecTy->getElementType()))
1593     return 0;
1594
1595   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1596   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1597   // insertions.
1598   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1599   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1600     if (Elements[i] == 0) continue;  // Unset element.
1601
1602     Result = IC.Builder->CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1603                                              IC.Builder->getInt32(i));
1604   }
1605
1606   return Result;
1607 }
1608
1609
1610 /// OptimizeIntToFloatBitCast - See if we can optimize an integer->float/double
1611 /// bitcast.  The various long double bitcasts can't get in here.
1612 static Instruction *OptimizeIntToFloatBitCast(BitCastInst &CI,InstCombiner &IC){
1613   Value *Src = CI.getOperand(0);
1614   Type *DestTy = CI.getType();
1615
1616   // If this is a bitcast from int to float, check to see if the int is an
1617   // extraction from a vector.
1618   Value *VecInput = 0;
1619   // bitcast(trunc(bitcast(somevector)))
1620   if (match(Src, m_Trunc(m_BitCast(m_Value(VecInput)))) &&
1621       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1622     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1623     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1624
1625     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0) {
1626       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1627       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1628       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1629         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1630                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1631         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1632       }
1633
1634       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(0));
1635     }
1636   }
1637
1638   // bitcast(trunc(lshr(bitcast(somevector), cst))
1639   ConstantInt *ShAmt = 0;
1640   if (match(Src, m_Trunc(m_LShr(m_BitCast(m_Value(VecInput)),
1641                                 m_ConstantInt(ShAmt)))) &&
1642       isa<VectorType>(VecInput->getType())) {
1643     VectorType *VecTy = cast<VectorType>(VecInput->getType());
1644     unsigned DestWidth = DestTy->getPrimitiveSizeInBits();
1645     if (VecTy->getPrimitiveSizeInBits() % DestWidth == 0 &&
1646         ShAmt->getZExtValue() % DestWidth == 0) {
1647       // If the element type of the vector doesn't match the result type,
1648       // bitcast it to be a vector type we can extract from.
1649       if (VecTy->getElementType() != DestTy) {
1650         VecTy = VectorType::get(DestTy,
1651                                 VecTy->getPrimitiveSizeInBits() / DestWidth);
1652         VecInput = IC.Builder->CreateBitCast(VecInput, VecTy);
1653       }
1654
1655       unsigned Elt = ShAmt->getZExtValue() / DestWidth;
1656       return ExtractElementInst::Create(VecInput, IC.Builder->getInt32(Elt));
1657     }
1658   }
1659   return 0;
1660 }
1661
1662 Instruction *InstCombiner::visitBitCast(BitCastInst &CI) {
1663   // If the operands are integer typed then apply the integer transforms,
1664   // otherwise just apply the common ones.
1665   Value *Src = CI.getOperand(0);
1666   Type *SrcTy = Src->getType();
1667   Type *DestTy = CI.getType();
1668
1669   // Get rid of casts from one type to the same type. These are useless and can
1670   // be replaced by the operand.
1671   if (DestTy == Src->getType())
1672     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1673
1674   if (PointerType *DstPTy = dyn_cast<PointerType>(DestTy)) {
1675     PointerType *SrcPTy = cast<PointerType>(SrcTy);
1676     Type *DstElTy = DstPTy->getElementType();
1677     Type *SrcElTy = SrcPTy->getElementType();
1678
1679     // If the address spaces don't match, don't eliminate the bitcast, which is
1680     // required for changing types.
1681     if (SrcPTy->getAddressSpace() != DstPTy->getAddressSpace())
1682       return 0;
1683
1684     // If we are casting a alloca to a pointer to a type of the same
1685     // size, rewrite the allocation instruction to allocate the "right" type.
1686     // There is no need to modify malloc calls because it is their bitcast that
1687     // needs to be cleaned up.
1688     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Src))
1689       if (Instruction *V = PromoteCastOfAllocation(CI, *AI))
1690         return V;
1691
1692     // If the source and destination are pointers, and this cast is equivalent
1693     // to a getelementptr X, 0, 0, 0...  turn it into the appropriate gep.
1694     // This can enhance SROA and other transforms that want type-safe pointers.
1695     Constant *ZeroUInt =
1696       Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext()));
1697     unsigned NumZeros = 0;
1698     while (SrcElTy != DstElTy &&
1699            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
1700            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1701       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(ZeroUInt);
1702       ++NumZeros;
1703     }
1704
1705     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1706     if (SrcElTy == DstElTy) {
1707       SmallVector<Value*, 8> Idxs(NumZeros+1, ZeroUInt);
1708       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
1709     }
1710   }
1711
1712   // Try to optimize int -> float bitcasts.
1713   if ((DestTy->isFloatTy() || DestTy->isDoubleTy()) && isa<IntegerType>(SrcTy))
1714     if (Instruction *I = OptimizeIntToFloatBitCast(CI, *this))
1715       return I;
1716
1717   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1718     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
1719       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1720       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1721                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1722       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1723     }
1724
1725     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
1726       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
1727       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
1728       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
1729       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
1730         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
1731         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
1732           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
1733             if (Instruction *I = OptimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
1734                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
1735               return I;
1736       }
1737
1738       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1739       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
1740       // and replace it with insertelements.
1741       if (Value *V = OptimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
1742         return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
1743     }
1744   }
1745
1746   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1747     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
1748       // If our destination is not a vector, then make this a straight
1749       // scalar-scalar cast.
1750       if (!DestTy->isVectorTy()) {
1751         Value *Elem =
1752           Builder->CreateExtractElement(Src,
1753                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1754         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1755       }
1756
1757       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
1758       // component directly.
1759       if (InsertElementInst *IEI =
1760             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
1761         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
1762                                 DestTy);
1763     }
1764   }
1765
1766   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1767     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1768     // a bitcast to a vector with the same # elts.
1769     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
1770         cast<VectorType>(DestTy)->getNumElements() ==
1771               SVI->getType()->getNumElements() &&
1772         SVI->getType()->getNumElements() ==
1773           cast<VectorType>(SVI->getOperand(0)->getType())->getNumElements()) {
1774       BitCastInst *Tmp;
1775       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1776       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1777       // us to eliminate at least one cast.
1778       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1779            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1780           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1781            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1782         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1783         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1784         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1785         // know the vector types match #elts.
1786         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1787       }
1788     }
1789   }
1790
1791   if (SrcTy->isPointerTy())
1792     return commonPointerCastTransforms(CI);
1793   return commonCastTransforms(CI);
1794 }