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