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 "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  16 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  17 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  18 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  23
  24 /// Analyze 'Val', seeing if it is a simple linear expression.
  25 /// 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 /// If we find a cast of an allocation instruction, try to eliminate the cast by
  80 /// moving the type information into the alloc.
  81 Instruction *InstCombiner::PromoteCastOfAllocation(BitCastInst &CI,
  82                                                    AllocaInst &AI) {
  83   PointerType *PTy = cast<PointerType>(CI.getType());
  84
  85   BuilderTy AllocaBuilder(*Builder);
  86   AllocaBuilder.SetInsertPoint(&AI);
  87
  88   // Get the type really allocated and the type casted to.
  89   Type *AllocElTy = AI.getAllocatedType();
  90   Type *CastElTy = PTy->getElementType();
  91   if (!AllocElTy->isSized() || !CastElTy->isSized()) return nullptr;
  92
  93   unsigned AllocElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(AllocElTy);
  94   unsigned CastElTyAlign = DL.getABITypeAlignment(CastElTy);
  95   if (CastElTyAlign < AllocElTyAlign) return nullptr;
  96
  97   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we are strictly
  98   // increasing the alignment of the resultant allocation.  If we keep it the
  99   // same, we open the door to infinite loops of various kinds.
 100   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyAlign == AllocElTyAlign) return nullptr;
 101
 102   uint64_t AllocElTySize = DL.getTypeAllocSize(AllocElTy);
 103   uint64_t CastElTySize = DL.getTypeAllocSize(CastElTy);
 104   if (CastElTySize == 0 || AllocElTySize == 0) return nullptr;
 105
 106   // If the allocation has multiple uses, only promote it if we're not
 107   // shrinking the amount of memory being allocated.
 108   uint64_t AllocElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(AllocElTy);
 109   uint64_t CastElTyStoreSize = DL.getTypeStoreSize(CastElTy);
 110   if (!AI.hasOneUse() && CastElTyStoreSize < AllocElTyStoreSize) return nullptr;
 111
 112   // See if we can satisfy the modulus by pulling a scale out of the array
 113   // size argument.
 114   unsigned ArraySizeScale;
 115   uint64_t ArrayOffset;
 116   Value *NumElements = // See if the array size is a decomposable linear expr.
 117     decomposeSimpleLinearExpr(AI.getOperand(0), ArraySizeScale, ArrayOffset);
 118
 119   // If we can now satisfy the modulus, by using a non-1 scale, we really can
 120   // do the xform.
 121   if ((AllocElTySize*ArraySizeScale) % CastElTySize != 0 ||
 122       (AllocElTySize*ArrayOffset   ) % CastElTySize != 0) return nullptr;
 123
 124   unsigned Scale = (AllocElTySize*ArraySizeScale)/CastElTySize;
 125   Value *Amt = nullptr;
 126   if (Scale == 1) {
 127     Amt = NumElements;
 128   } else {
 129     Amt = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), Scale);
 130     // Insert before the alloca, not before the cast.
 131     Amt = AllocaBuilder.CreateMul(Amt, NumElements);
 132   }
 133
 134   if (uint64_t Offset = (AllocElTySize*ArrayOffset)/CastElTySize) {
 135     Value *Off = ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(),
 136                                   Offset, true);
 137     Amt = AllocaBuilder.CreateAdd(Amt, Off);
 138   }
 139
 140   AllocaInst *New = AllocaBuilder.CreateAlloca(CastElTy, Amt);
 141   New->setAlignment(AI.getAlignment());
 142   New->takeName(&AI);
 143   New->setUsedWithInAlloca(AI.isUsedWithInAlloca());
 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 /// Given an expression that CanEvaluateTruncated or CanEvaluateSExtd returns
 158 /// true for, actually insert the code to evaluate the expression.
 159 Value *InstCombiner::EvaluateInDifferentType(Value *V, Type *Ty,
 160                                              bool isSigned) {
 161   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
 162     C = ConstantExpr::getIntegerCast(C, Ty, isSigned /*Sext or ZExt*/);
 163     // If we got a constantexpr back, try to simplify it with DL info.
 164     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
 165       C = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
 166     return C;
 167   }
 168
 169   // Otherwise, it must be an instruction.
 170   Instruction *I = cast<Instruction>(V);
 171   Instruction *Res = nullptr;
 172   unsigned Opc = I->getOpcode();
 173   switch (Opc) {
 174   case Instruction::Add:
 175   case Instruction::Sub:
 176   case Instruction::Mul:
 177   case Instruction::And:
 178   case Instruction::Or:
 179   case Instruction::Xor:
 180   case Instruction::AShr:
 181   case Instruction::LShr:
 182   case Instruction::Shl:
 183   case Instruction::UDiv:
 184   case Instruction::URem: {
 185     Value *LHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(0), Ty, isSigned);
 186     Value *RHS = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 187     Res = BinaryOperator::Create((Instruction::BinaryOps)Opc, LHS, RHS);
 188     break;
 189   }
 190   case Instruction::Trunc:
 191   case Instruction::ZExt:
 192   case Instruction::SExt:
 193     // If the source type of the cast is the type we're trying for then we can
 194     // just return the source.  There's no need to insert it because it is not
 195     // new.
 196     if (I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 197       return I->getOperand(0);
 198
 199     // Otherwise, must be the same type of cast, so just reinsert a new one.
 200     // This also handles the case of zext(trunc(x)) -> zext(x).
 201     Res = CastInst::CreateIntegerCast(I->getOperand(0), Ty,
 202                                       Opc == Instruction::SExt);
 203     break;
 204   case Instruction::Select: {
 205     Value *True = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(1), Ty, isSigned);
 206     Value *False = EvaluateInDifferentType(I->getOperand(2), Ty, isSigned);
 207     Res = SelectInst::Create(I->getOperand(0), True, False);
 208     break;
 209   }
 210   case Instruction::PHI: {
 211     PHINode *OPN = cast<PHINode>(I);
 212     PHINode *NPN = PHINode::Create(Ty, OPN->getNumIncomingValues());
 213     for (unsigned i = 0, e = OPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 214       Value *V =
 215           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(const CastInst *CI, ///< First cast instruction
 235                      unsigned opcode,    ///< Opcode for the second cast
 236                      Type *DstTy,        ///< Target type for the second cast
 237                      const DataLayout &DL) {
 238   Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();   // A from above
 239   Type *MidTy = CI->getType();                  // B from above
 240
 241   // Get the opcodes of the two Cast instructions
 242   Instruction::CastOps firstOp = Instruction::CastOps(CI->getOpcode());
 243   Instruction::CastOps secondOp = Instruction::CastOps(opcode);
 244   Type *SrcIntPtrTy =
 245       SrcTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(SrcTy) : nullptr;
 246   Type *MidIntPtrTy =
 247       MidTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(MidTy) : nullptr;
 248   Type *DstIntPtrTy =
 249       DstTy->isPtrOrPtrVectorTy() ? DL.getIntPtrType(DstTy) : nullptr;
 250   unsigned Res = CastInst::isEliminableCastPair(firstOp, secondOp, SrcTy, MidTy,
 251                                                 DstTy, SrcIntPtrTy, MidIntPtrTy,
 252                                                 DstIntPtrTy);
 253
 254   // We don't want to form an inttoptr or ptrtoint that converts to an integer
 255   // type that differs from the pointer size.
 256   if ((Res == Instruction::IntToPtr && SrcTy != DstIntPtrTy) ||
 257       (Res == Instruction::PtrToInt && DstTy != SrcIntPtrTy))
 258     Res = 0;
 259
 260   return Instruction::CastOps(Res);
 261 }
 262
 263 /// Return true if the cast from "V to Ty" actually results in any code being
 264 /// generated and is interesting to optimize out.
 265 /// If the cast can be eliminated by some other simple transformation, we prefer
 266 /// to do the simplification first.
 267 bool InstCombiner::ShouldOptimizeCast(Instruction::CastOps opc, const Value *V,
 268                                       Type *Ty) {
 269   // Noop casts and casts of constants should be eliminated trivially.
 270   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
 271
 272   // If this is another cast that can be eliminated, we prefer to have it
 273   // eliminated.
 274   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
 275     if (isEliminableCastPair(CI, opc, Ty, DL))
 276       return false;
 277
 278   // If this is a vector sext from a compare, then we don't want to break the
 279   // idiom where each element of the extended vector is either zero or all ones.
 280   if (opc == Instruction::SExt && isa<CmpInst>(V) && Ty->isVectorTy())
 281     return false;
 282
 283   return true;
 284 }
 285
 286
 287 /// @brief Implement the transforms common to all CastInst visitors.
 288 Instruction *InstCombiner::commonCastTransforms(CastInst &CI) {
 289   Value *Src = CI.getOperand(0);
 290
 291   // Many cases of "cast of a cast" are eliminable. If it's eliminable we just
 292   // eliminate it now.
 293   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 294     if (Instruction::CastOps opc =
 295             isEliminableCastPair(CSrc, CI.getOpcode(), CI.getType(), DL)) {
 296       // The first cast (CSrc) is eliminable so we need to fix up or replace
 297       // the second cast (CI). CSrc will then have a good chance of being dead.
 298       return CastInst::Create(opc, CSrc->getOperand(0), CI.getType());
 299     }
 300   }
 301
 302   // If we are casting a select then fold the cast into the select
 303   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Src))
 304     if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(CI, SI))
 305       return NV;
 306
 307   // If we are casting a PHI then fold the cast into the PHI
 308   if (isa<PHINode>(Src)) {
 309     // We don't do this if this would create a PHI node with an illegal type if
 310     // it is currently legal.
 311     if (!Src->getType()->isIntegerTy() || !CI.getType()->isIntegerTy() ||
 312         ShouldChangeType(CI.getType(), Src->getType()))
 313       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(CI))
 314         return NV;
 315   }
 316
 317   return nullptr;
 318 }
 319
 320 /// Return true if we can evaluate the specified expression tree as type Ty
 321 /// instead of its larger type, and arrive with the same value.
 322 /// This is used by code that tries to eliminate truncates.
 323 ///
 324 /// Ty will always be a type smaller than V.  We should return true if trunc(V)
 325 /// can be computed by computing V in the smaller type.  If V is an instruction,
 326 /// then trunc(inst(x,y)) can be computed as inst(trunc(x),trunc(y)), which only
 327 /// makes sense if x and y can be efficiently truncated.
 328 ///
 329 /// This function works on both vectors and scalars.
 330 ///
 331 static bool canEvaluateTruncated(Value *V, Type *Ty, InstCombiner &IC,
 332                                  Instruction *CxtI) {
 333   // We can always evaluate constants in another type.
 334   if (isa<Constant>(V))
 335     return true;
 336
 337   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 338   if (!I) return false;
 339
 340   Type *OrigTy = V->getType();
 341
 342   // If this is an extension from the dest type, we can eliminate it, even if it
 343   // has multiple uses.
 344   if ((isa<ZExtInst>(I) || isa<SExtInst>(I)) &&
 345       I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 346     return true;
 347
 348   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 349   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 350   if (!I->hasOneUse()) return false;
 351
 352   unsigned Opc = I->getOpcode();
 353   switch (Opc) {
 354   case Instruction::Add:
 355   case Instruction::Sub:
 356   case Instruction::Mul:
 357   case Instruction::And:
 358   case Instruction::Or:
 359   case Instruction::Xor:
 360     // These operators can all arbitrarily be extended or truncated.
 361     return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 362            canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 363
 364   case Instruction::UDiv:
 365   case Instruction::URem: {
 366     // UDiv and URem can be truncated if all the truncated bits are zero.
 367     uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 368     uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 369     if (BitWidth < OrigBitWidth) {
 370       APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth);
 371       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0), Mask, 0, CxtI) &&
 372           IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1), Mask, 0, CxtI)) {
 373         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI) &&
 374                canEvaluateTruncated(I->getOperand(1), Ty, IC, CxtI);
 375       }
 376     }
 377     break;
 378   }
 379   case Instruction::Shl:
 380     // If we are truncating the result of this SHL, and if it's a shift of a
 381     // constant amount, we can always perform a SHL in a smaller type.
 382     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 383       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 384       if (CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth)
 385         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 386     }
 387     break;
 388   case Instruction::LShr:
 389     // If this is a truncate of a logical shr, we can truncate it to a smaller
 390     // lshr iff we know that the bits we would otherwise be shifting in are
 391     // already zeros.
 392     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 393       uint32_t OrigBitWidth = OrigTy->getScalarSizeInBits();
 394       uint32_t BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
 395       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(0),
 396             APInt::getHighBitsSet(OrigBitWidth, OrigBitWidth-BitWidth), 0, CxtI) &&
 397           CI->getLimitedValue(BitWidth) < BitWidth) {
 398         return canEvaluateTruncated(I->getOperand(0), Ty, IC, CxtI);
 399       }
 400     }
 401     break;
 402   case Instruction::Trunc:
 403     // trunc(trunc(x)) -> trunc(x)
 404     return true;
 405   case Instruction::ZExt:
 406   case Instruction::SExt:
 407     // trunc(ext(x)) -> ext(x) if the source type is smaller than the new dest
 408     // trunc(ext(x)) -> trunc(x) if the source type is larger than the new dest
 409     return true;
 410   case Instruction::Select: {
 411     SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I);
 412     return canEvaluateTruncated(SI->getTrueValue(), Ty, IC, CxtI) &&
 413            canEvaluateTruncated(SI->getFalseValue(), Ty, IC, CxtI);
 414   }
 415   case Instruction::PHI: {
 416     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 417     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 418     // instructions with a single use.
 419     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 420     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
 421       if (!canEvaluateTruncated(IncValue, Ty, IC, CxtI))
 422         return false;
 423     return true;
 424   }
 425   default:
 426     // TODO: Can handle more cases here.
 427     break;
 428   }
 429
 430   return false;
 431 }
 432
 433 Instruction *InstCombiner::visitTrunc(TruncInst &CI) {
 434   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 435     return Result;
 436
 437   // Test if the trunc is the user of a select which is part of a
 438   // minimum or maximum operation. If so, don't do any more simplification.
 439   // Even simplifying demanded bits can break the canonical form of a
 440   // min/max.
 441   Value *LHS, *RHS;
 442   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0)))
 443     if (matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor != SPF_UNKNOWN)
 444       return nullptr;
 445
 446   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 447   // purpose is to compute bits we don't care about.
 448   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 449     return &CI;
 450
 451   Value *Src = CI.getOperand(0);
 452   Type *DestTy = CI.getType(), *SrcTy = Src->getType();
 453
 454   // Attempt to truncate the entire input expression tree to the destination
 455   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 456   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 457   // strange.
 458   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 459       canEvaluateTruncated(Src, DestTy, *this, &CI)) {
 460
 461     // If this cast is a truncate, evaluting in a different type always
 462     // eliminates the cast, so it is always a win.
 463     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 464           " to avoid cast: " << CI << '\n');
 465     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 466     assert(Res->getType() == DestTy);
 467     return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 468   }
 469
 470   // Canonicalize trunc x to i1 -> (icmp ne (and x, 1), 0), likewise for vector.
 471   if (DestTy->getScalarSizeInBits() == 1) {
 472     Constant *One = ConstantInt::get(Src->getType(), 1);
 473     Src = Builder->CreateAnd(Src, One);
 474     Value *Zero = Constant::getNullValue(Src->getType());
 475     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Src, Zero);
 476   }
 477
 478   // Transform trunc(lshr (zext A), Cst) to eliminate one type conversion.
 479   Value *A = nullptr; ConstantInt *Cst = nullptr;
 480   if (Src->hasOneUse() &&
 481       match(Src, m_LShr(m_ZExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst)))) {
 482     // We have three types to worry about here, the type of A, the source of
 483     // the truncate (MidSize), and the destination of the truncate. We know that
 484     // ASize < MidSize   and MidSize > ResultSize, but don't know the relation
 485     // between ASize and ResultSize.
 486     unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 487
 488     // If the shift amount is larger than the size of A, then the result is
 489     // known to be zero because all the input bits got shifted out.
 490     if (Cst->getZExtValue() >= ASize)
 491       return ReplaceInstUsesWith(CI, Constant::getNullValue(CI.getType()));
 492
 493     // Since we're doing an lshr and a zero extend, and know that the shift
 494     // amount is smaller than ASize, it is always safe to do the shift in A's
 495     // type, then zero extend or truncate to the result.
 496     Value *Shift = Builder->CreateLShr(A, Cst->getZExtValue());
 497     Shift->takeName(Src);
 498     return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), false);
 499   }
 500
 501   // Transform trunc(lshr (sext A), Cst) to ashr A, Cst to eliminate type
 502   // conversion.
 503   // It works because bits coming from sign extension have the same value as
 504   // sign bit of the original value; performing ashr instead of lshr
 505   // generates bits of the same value as the sign bit.
 506   if (Src->hasOneUse() &&
 507       match(Src, m_LShr(m_SExt(m_Value(A)), m_ConstantInt(Cst))) &&
 508       cast<Instruction>(Src)->getOperand(0)->hasOneUse()) {
 509     const unsigned ASize = A->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 510     // This optimization can be only performed when zero bits generated by
 511     // the original lshr aren't pulled into the value after truncation, so we
 512     // can only shift by values smaller then the size of destination type (in
 513     // bits).
 514     if (Cst->getValue().ult(ASize)) {
 515       Value *Shift = Builder->CreateAShr(A, Cst->getZExtValue());
 516       Shift->takeName(Src);
 517       return CastInst::CreateIntegerCast(Shift, CI.getType(), true);
 518     }
 519   }
 520
 521   // Transform "trunc (and X, cst)" -> "and (trunc X), cst" so long as the dest
 522   // type isn't non-native.
 523   if (Src->hasOneUse() && isa<IntegerType>(Src->getType()) &&
 524       ShouldChangeType(Src->getType(), CI.getType()) &&
 525       match(Src, m_And(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst)))) {
 526     Value *NewTrunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType(), A->getName()+".tr");
 527     return BinaryOperator::CreateAnd(NewTrunc,
 528                                      ConstantExpr::getTrunc(Cst, CI.getType()));
 529   }
 530
 531   return nullptr;
 532 }
 533
 534 /// Transform (zext icmp) to bitwise / integer operations in order to eliminate
 535 /// the icmp.
 536 Instruction *InstCombiner::transformZExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI,
 537                                              bool DoXform) {
 538   // If we are just checking for a icmp eq of a single bit and zext'ing it
 539   // to an integer, then shift the bit to the appropriate place and then
 540   // cast to integer to avoid the comparison.
 541   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
 542     const APInt &Op1CV = Op1C->getValue();
 543
 544     // zext (x <s  0) to i32 --> x>>u31      true if signbit set.
 545     // zext (x >s -1) to i32 --> (x>>u31)^1  true if signbit clear.
 546     if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1CV == 0) ||
 547         (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT &&Op1CV.isAllOnesValue())) {
 548       if (!DoXform) return ICI;
 549
 550       Value *In = ICI->getOperand(0);
 551       Value *Sh = ConstantInt::get(In->getType(),
 552                                    In->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 553       In = Builder->CreateLShr(In, Sh, In->getName()+".lobit");
 554       if (In->getType() != CI.getType())
 555         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 556
 557       if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 558         Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 559         In = Builder->CreateXor(In, One, In->getName()+".not");
 560       }
 561
 562       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 563     }
 564
 565     // zext (X == 0) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 566     // zext (X == 0) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 567     // zext (X == 1) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 568     // zext (X == 2) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 569     // zext (X != 0) to i32 --> X        iff X has only the low bit set.
 570     // zext (X != 0) to i32 --> X>>1     iff X has only the 2nd bit set.
 571     // zext (X != 1) to i32 --> X^1      iff X has only the low bit set.
 572     // zext (X != 2) to i32 --> (X>>1)^1 iff X has only the 2nd bit set.
 573     if ((Op1CV == 0 || Op1CV.isPowerOf2()) &&
 574         // This only works for EQ and NE
 575         ICI->isEquality()) {
 576       // If Op1C some other power of two, convert:
 577       uint32_t BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 578       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 579       computeKnownBits(ICI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 580
 581       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 582       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) { // Exactly 1 possible 1?
 583         if (!DoXform) return ICI;
 584
 585         bool isNE = ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
 586         if (Op1CV != 0 && (Op1CV != KnownZeroMask)) {
 587           // (X&4) == 2 --> false
 588           // (X&4) != 2 --> true
 589           Constant *Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(CI.getContext()),
 590                                            isNE);
 591           Res = ConstantExpr::getZExt(Res, CI.getType());
 592           return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 593         }
 594
 595         uint32_t ShiftAmt = KnownZeroMask.logBase2();
 596         Value *In = ICI->getOperand(0);
 597         if (ShiftAmt) {
 598           // Perform a logical shr by shiftamt.
 599           // Insert the shift to put the result in the low bit.
 600           In = Builder->CreateLShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),ShiftAmt),
 601                                    In->getName()+".lobit");
 602         }
 603
 604         if ((Op1CV != 0) == isNE) { // Toggle the low bit.
 605           Constant *One = ConstantInt::get(In->getType(), 1);
 606           In = Builder->CreateXor(In, One);
 607         }
 608
 609         if (CI.getType() == In->getType())
 610           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 611         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), false/*ZExt*/);
 612       }
 613     }
 614   }
 615
 616   // icmp ne A, B is equal to xor A, B when A and B only really have one bit.
 617   // It is also profitable to transform icmp eq into not(xor(A, B)) because that
 618   // may lead to additional simplifications.
 619   if (ICI->isEquality() && CI.getType() == ICI->getOperand(0)->getType()) {
 620     if (IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(CI.getType())) {
 621       uint32_t BitWidth = ITy->getBitWidth();
 622       Value *LHS = ICI->getOperand(0);
 623       Value *RHS = ICI->getOperand(1);
 624
 625       APInt KnownZeroLHS(BitWidth, 0), KnownOneLHS(BitWidth, 0);
 626       APInt KnownZeroRHS(BitWidth, 0), KnownOneRHS(BitWidth, 0);
 627       computeKnownBits(LHS, KnownZeroLHS, KnownOneLHS, 0, &CI);
 628       computeKnownBits(RHS, KnownZeroRHS, KnownOneRHS, 0, &CI);
 629
 630       if (KnownZeroLHS == KnownZeroRHS && KnownOneLHS == KnownOneRHS) {
 631         APInt KnownBits = KnownZeroLHS | KnownOneLHS;
 632         APInt UnknownBit = ~KnownBits;
 633         if (UnknownBit.countPopulation() == 1) {
 634           if (!DoXform) return ICI;
 635
 636           Value *Result = Builder->CreateXor(LHS, RHS);
 637
 638           // Mask off any bits that are set and won't be shifted away.
 639           if (KnownOneLHS.uge(UnknownBit))
 640             Result = Builder->CreateAnd(Result,
 641                                         ConstantInt::get(ITy, UnknownBit));
 642
 643           // Shift the bit we're testing down to the lsb.
 644           Result = Builder->CreateLShr(
 645                Result, ConstantInt::get(ITy, UnknownBit.countTrailingZeros()));
 646
 647           if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
 648             Result = Builder->CreateXor(Result, ConstantInt::get(ITy, 1));
 649           Result->takeName(ICI);
 650           return ReplaceInstUsesWith(CI, Result);
 651         }
 652       }
 653     }
 654   }
 655
 656   return nullptr;
 657 }
 658
 659 /// Determine if the specified value can be computed in the specified wider type
 660 /// and produce the same low bits. If not, return false.
 661 ///
 662 /// If this function returns true, it can also return a non-zero number of bits
 663 /// (in BitsToClear) which indicates that the value it computes is correct for
 664 /// the zero extend, but that the additional BitsToClear bits need to be zero'd
 665 /// out.  For example, to promote something like:
 666 ///
 667 ///   %B = trunc i64 %A to i32
 668 ///   %C = lshr i32 %B, 8
 669 ///   %E = zext i32 %C to i64
 670 ///
 671 /// CanEvaluateZExtd for the 'lshr' will return true, and BitsToClear will be
 672 /// set to 8 to indicate that the promoted value needs to have bits 24-31
 673 /// cleared in addition to bits 32-63.  Since an 'and' will be generated to
 674 /// clear the top bits anyway, doing this has no extra cost.
 675 ///
 676 /// This function works on both vectors and scalars.
 677 static bool canEvaluateZExtd(Value *V, Type *Ty, unsigned &BitsToClear,
 678                              InstCombiner &IC, Instruction *CxtI) {
 679   BitsToClear = 0;
 680   if (isa<Constant>(V))
 681     return true;
 682
 683   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 684   if (!I) return false;
 685
 686   // If the input is a truncate from the destination type, we can trivially
 687   // eliminate it.
 688   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
 689     return true;
 690
 691   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
 692   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
 693   if (!I->hasOneUse()) return false;
 694
 695   unsigned Opc = I->getOpcode(), Tmp;
 696   switch (Opc) {
 697   case Instruction::ZExt:  // zext(zext(x)) -> zext(x).
 698   case Instruction::SExt:  // zext(sext(x)) -> sext(x).
 699   case Instruction::Trunc: // zext(trunc(x)) -> trunc(x) or zext(x)
 700     return true;
 701   case Instruction::And:
 702   case Instruction::Or:
 703   case Instruction::Xor:
 704   case Instruction::Add:
 705   case Instruction::Sub:
 706   case Instruction::Mul:
 707     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 708         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI))
 709       return false;
 710     // These can all be promoted if neither operand has 'bits to clear'.
 711     if (BitsToClear == 0 && Tmp == 0)
 712       return true;
 713
 714     // If the operation is an AND/OR/XOR and the bits to clear are zero in the
 715     // other side, BitsToClear is ok.
 716     if (Tmp == 0 &&
 717         (Opc == Instruction::And || Opc == Instruction::Or ||
 718          Opc == Instruction::Xor)) {
 719       // We use MaskedValueIsZero here for generality, but the case we care
 720       // about the most is constant RHS.
 721       unsigned VSize = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 722       if (IC.MaskedValueIsZero(I->getOperand(1),
 723                                APInt::getHighBitsSet(VSize, BitsToClear),
 724                                0, CxtI))
 725         return true;
 726     }
 727
 728     // Otherwise, we don't know how to analyze this BitsToClear case yet.
 729     return false;
 730
 731   case Instruction::Shl:
 732     // We can promote shl(x, cst) if we can promote x.  Since shl overwrites the
 733     // upper bits we can reduce BitsToClear by the shift amount.
 734     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 735       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 736         return false;
 737       uint64_t ShiftAmt = Amt->getZExtValue();
 738       BitsToClear = ShiftAmt < BitsToClear ? BitsToClear - ShiftAmt : 0;
 739       return true;
 740     }
 741     return false;
 742   case Instruction::LShr:
 743     // We can promote lshr(x, cst) if we can promote x.  This requires the
 744     // ultimate 'and' to clear out the high zero bits we're clearing out though.
 745     if (ConstantInt *Amt = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 746       if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 747         return false;
 748       BitsToClear += Amt->getZExtValue();
 749       if (BitsToClear > V->getType()->getScalarSizeInBits())
 750         BitsToClear = V->getType()->getScalarSizeInBits();
 751       return true;
 752     }
 753     // Cannot promote variable LSHR.
 754     return false;
 755   case Instruction::Select:
 756     if (!canEvaluateZExtd(I->getOperand(1), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 757         !canEvaluateZExtd(I->getOperand(2), Ty, BitsToClear, IC, CxtI) ||
 758         // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear are
 759         // known zero in the disagreeing side.
 760         Tmp != BitsToClear)
 761       return false;
 762     return true;
 763
 764   case Instruction::PHI: {
 765     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
 766     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
 767     // instructions with a single use.
 768     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
 769     if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(0), Ty, BitsToClear, IC, CxtI))
 770       return false;
 771     for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 772       if (!canEvaluateZExtd(PN->getIncomingValue(i), Ty, Tmp, IC, CxtI) ||
 773           // TODO: If important, we could handle the case when the BitsToClear
 774           // are known zero in the disagreeing input.
 775           Tmp != BitsToClear)
 776         return false;
 777     return true;
 778   }
 779   default:
 780     // TODO: Can handle more cases here.
 781     return false;
 782   }
 783 }
 784
 785 Instruction *InstCombiner::visitZExt(ZExtInst &CI) {
 786   // If this zero extend is only used by a truncate, let the truncate be
 787   // eliminated before we try to optimize this zext.
 788   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
 789     return nullptr;
 790
 791   // If one of the common conversion will work, do it.
 792   if (Instruction *Result = commonCastTransforms(CI))
 793     return Result;
 794
 795   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
 796   // purpose is to compute bits we don't care about.
 797   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
 798     return &CI;
 799
 800   Value *Src = CI.getOperand(0);
 801   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
 802
 803   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
 804   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
 805   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
 806   // strange.
 807   unsigned BitsToClear;
 808   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
 809       canEvaluateZExtd(Src, DestTy, BitsToClear, *this, &CI)) {
 810     assert(BitsToClear < SrcTy->getScalarSizeInBits() &&
 811            "Unreasonable BitsToClear");
 812
 813     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
 814     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
 815           " to avoid zero extend: " << CI);
 816     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, false);
 817     assert(Res->getType() == DestTy);
 818
 819     uint32_t SrcBitsKept = SrcTy->getScalarSizeInBits()-BitsToClear;
 820     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
 821
 822     // If the high bits are already filled with zeros, just replace this
 823     // cast with the result.
 824     if (MaskedValueIsZero(Res,
 825                           APInt::getHighBitsSet(DestBitSize,
 826                                                 DestBitSize-SrcBitsKept),
 827                              0, &CI))
 828       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
 829
 830     // We need to emit an AND to clear the high bits.
 831     Constant *C = ConstantInt::get(Res->getType(),
 832                                APInt::getLowBitsSet(DestBitSize, SrcBitsKept));
 833     return BinaryOperator::CreateAnd(Res, C);
 834   }
 835
 836   // If this is a TRUNC followed by a ZEXT then we are dealing with integral
 837   // types and if the sizes are just right we can convert this into a logical
 838   // 'and' which will be much cheaper than the pair of casts.
 839   if (TruncInst *CSrc = dyn_cast<TruncInst>(Src)) {   // A->B->C cast
 840     // TODO: Subsume this into EvaluateInDifferentType.
 841
 842     // Get the sizes of the types involved.  We know that the intermediate type
 843     // will be smaller than A or C, but don't know the relation between A and C.
 844     Value *A = CSrc->getOperand(0);
 845     unsigned SrcSize = A->getType()->getScalarSizeInBits();
 846     unsigned MidSize = CSrc->getType()->getScalarSizeInBits();
 847     unsigned DstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
 848     // If we're actually extending zero bits, then if
 849     // SrcSize <  DstSize: zext(a & mask)
 850     // SrcSize == DstSize: a & mask
 851     // SrcSize  > DstSize: trunc(a) & mask
 852     if (SrcSize < DstSize) {
 853       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 854       Constant *AndConst = ConstantInt::get(A->getType(), AndValue);
 855       Value *And = Builder->CreateAnd(A, AndConst, CSrc->getName()+".mask");
 856       return new ZExtInst(And, CI.getType());
 857     }
 858
 859     if (SrcSize == DstSize) {
 860       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(SrcSize, MidSize));
 861       return BinaryOperator::CreateAnd(A, ConstantInt::get(A->getType(),
 862                                                            AndValue));
 863     }
 864     if (SrcSize > DstSize) {
 865       Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(A, CI.getType());
 866       APInt AndValue(APInt::getLowBitsSet(DstSize, MidSize));
 867       return BinaryOperator::CreateAnd(Trunc,
 868                                        ConstantInt::get(Trunc->getType(),
 869                                                         AndValue));
 870     }
 871   }
 872
 873   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
 874     return transformZExtICmp(ICI, CI);
 875
 876   BinaryOperator *SrcI = dyn_cast<BinaryOperator>(Src);
 877   if (SrcI && SrcI->getOpcode() == Instruction::Or) {
 878     // zext (or icmp, icmp) --> or (zext icmp), (zext icmp) if at least one
 879     // of the (zext icmp) will be transformed.
 880     ICmpInst *LHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(0));
 881     ICmpInst *RHS = dyn_cast<ICmpInst>(SrcI->getOperand(1));
 882     if (LHS && RHS && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse() &&
 883         (transformZExtICmp(LHS, CI, false) ||
 884          transformZExtICmp(RHS, CI, false))) {
 885       Value *LCast = Builder->CreateZExt(LHS, CI.getType(), LHS->getName());
 886       Value *RCast = Builder->CreateZExt(RHS, CI.getType(), RHS->getName());
 887       return BinaryOperator::Create(Instruction::Or, LCast, RCast);
 888     }
 889   }
 890
 891   // zext(trunc(X) & C) -> (X & zext(C)).
 892   Constant *C;
 893   Value *X;
 894   if (SrcI &&
 895       match(SrcI, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Constant(C)))) &&
 896       X->getType() == CI.getType())
 897     return BinaryOperator::CreateAnd(X, ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType()));
 898
 899   // zext((trunc(X) & C) ^ C) -> ((X & zext(C)) ^ zext(C)).
 900   Value *And;
 901   if (SrcI && match(SrcI, m_OneUse(m_Xor(m_Value(And), m_Constant(C)))) &&
 902       match(And, m_OneUse(m_And(m_Trunc(m_Value(X)), m_Specific(C)))) &&
 903       X->getType() == CI.getType()) {
 904     Constant *ZC = ConstantExpr::getZExt(C, CI.getType());
 905     return BinaryOperator::CreateXor(Builder->CreateAnd(X, ZC), ZC);
 906   }
 907
 908   // zext (xor i1 X, true) to i32  --> xor (zext i1 X to i32), 1
 909   if (SrcI && SrcI->hasOneUse() &&
 910       SrcI->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1) &&
 911       match(SrcI, m_Not(m_Value(X))) && (!X->hasOneUse() || !isa<CmpInst>(X))) {
 912     Value *New = Builder->CreateZExt(X, CI.getType());
 913     return BinaryOperator::CreateXor(New, ConstantInt::get(CI.getType(), 1));
 914   }
 915
 916   return nullptr;
 917 }
 918
 919 /// Transform (sext icmp) to bitwise / integer operations to eliminate the icmp.
 920 Instruction *InstCombiner::transformSExtICmp(ICmpInst *ICI, Instruction &CI) {
 921   Value *Op0 = ICI->getOperand(0), *Op1 = ICI->getOperand(1);
 922   ICmpInst::Predicate Pred = ICI->getPredicate();
 923
 924   // Don't bother if Op1 isn't of vector or integer type.
 925   if (!Op1->getType()->isIntOrIntVectorTy())
 926     return nullptr;
 927
 928   if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
 929     // (x <s  0) ? -1 : 0 -> ashr x, 31        -> all ones if negative
 930     // (x >s -1) ? -1 : 0 -> not (ashr x, 31)  -> all ones if positive
 931     if ((Pred == ICmpInst::ICMP_SLT && Op1C->isNullValue()) ||
 932         (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT && Op1C->isAllOnesValue())) {
 933
 934       Value *Sh = ConstantInt::get(Op0->getType(),
 935                                    Op0->getType()->getScalarSizeInBits()-1);
 936       Value *In = Builder->CreateAShr(Op0, Sh, Op0->getName()+".lobit");
 937       if (In->getType() != CI.getType())
 938         In = Builder->CreateIntCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 939
 940       if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
 941         In = Builder->CreateNot(In, In->getName()+".not");
 942       return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 943     }
 944   }
 945
 946   if (ConstantInt *Op1C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 947     // If we know that only one bit of the LHS of the icmp can be set and we
 948     // have an equality comparison with zero or a power of 2, we can transform
 949     // the icmp and sext into bitwise/integer operations.
 950     if (ICI->hasOneUse() &&
 951         ICI->isEquality() && (Op1C->isZero() || Op1C->getValue().isPowerOf2())){
 952       unsigned BitWidth = Op1C->getType()->getBitWidth();
 953       APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 954       computeKnownBits(Op0, KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
 955
 956       APInt KnownZeroMask(~KnownZero);
 957       if (KnownZeroMask.isPowerOf2()) {
 958         Value *In = ICI->getOperand(0);
 959
 960         // If the icmp tests for a known zero bit we can constant fold it.
 961         if (!Op1C->isZero() && Op1C->getValue() != KnownZeroMask) {
 962           Value *V = Pred == ICmpInst::ICMP_NE ?
 963                        ConstantInt::getAllOnesValue(CI.getType()) :
 964                        ConstantInt::getNullValue(CI.getType());
 965           return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
 966         }
 967
 968         if (!Op1C->isZero() == (Pred == ICmpInst::ICMP_NE)) {
 969           // sext ((x & 2^n) == 0)   -> (x >> n) - 1
 970           // sext ((x & 2^n) != 2^n) -> (x >> n) - 1
 971           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countTrailingZeros();
 972           // Perform a right shift to place the desired bit in the LSB.
 973           if (ShiftAmt)
 974             In = Builder->CreateLShr(In,
 975                                      ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 976
 977           // At this point "In" is either 1 or 0. Subtract 1 to turn
 978           // {1, 0} -> {0, -1}.
 979           In = Builder->CreateAdd(In,
 980                                   ConstantInt::getAllOnesValue(In->getType()),
 981                                   "sext");
 982         } else {
 983           // sext ((x & 2^n) != 0)   -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 984           // sext ((x & 2^n) == 2^n) -> (x << bitwidth-n) a>> bitwidth-1
 985           unsigned ShiftAmt = KnownZeroMask.countLeadingZeros();
 986           // Perform a left shift to place the desired bit in the MSB.
 987           if (ShiftAmt)
 988             In = Builder->CreateShl(In,
 989                                     ConstantInt::get(In->getType(), ShiftAmt));
 990
 991           // Distribute the bit over the whole bit width.
 992           In = Builder->CreateAShr(In, ConstantInt::get(In->getType(),
 993                                                         BitWidth - 1), "sext");
 994         }
 995
 996         if (CI.getType() == In->getType())
 997           return ReplaceInstUsesWith(CI, In);
 998         return CastInst::CreateIntegerCast(In, CI.getType(), true/*SExt*/);
 999       }
1000     }
1001   }
1002
1003   return nullptr;
1004 }
1005
1006 /// Return true if we can take the specified value and return it as type Ty
1007 /// without inserting any new casts and without changing the value of the common
1008 /// low bits.  This is used by code that tries to promote integer operations to
1009 /// a wider types will allow us to eliminate the extension.
1010 ///
1011 /// This function works on both vectors and scalars.
1012 ///
1013 static bool canEvaluateSExtd(Value *V, Type *Ty) {
1014   assert(V->getType()->getScalarSizeInBits() < Ty->getScalarSizeInBits() &&
1015          "Can't sign extend type to a smaller type");
1016   // If this is a constant, it can be trivially promoted.
1017   if (isa<Constant>(V))
1018     return true;
1019
1020   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1021   if (!I) return false;
1022
1023   // If this is a truncate from the dest type, we can trivially eliminate it.
1024   if (isa<TruncInst>(I) && I->getOperand(0)->getType() == Ty)
1025     return true;
1026
1027   // We can't extend or shrink something that has multiple uses: doing so would
1028   // require duplicating the instruction in general, which isn't profitable.
1029   if (!I->hasOneUse()) return false;
1030
1031   switch (I->getOpcode()) {
1032   case Instruction::SExt:  // sext(sext(x)) -> sext(x)
1033   case Instruction::ZExt:  // sext(zext(x)) -> zext(x)
1034   case Instruction::Trunc: // sext(trunc(x)) -> trunc(x) or sext(x)
1035     return true;
1036   case Instruction::And:
1037   case Instruction::Or:
1038   case Instruction::Xor:
1039   case Instruction::Add:
1040   case Instruction::Sub:
1041   case Instruction::Mul:
1042     // These operators can all arbitrarily be extended if their inputs can.
1043     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(0), Ty) &&
1044            canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty);
1045
1046   //case Instruction::Shl:   TODO
1047   //case Instruction::LShr:  TODO
1048
1049   case Instruction::Select:
1050     return canEvaluateSExtd(I->getOperand(1), Ty) &&
1051            canEvaluateSExtd(I->getOperand(2), Ty);
1052
1053   case Instruction::PHI: {
1054     // We can change a phi if we can change all operands.  Note that we never
1055     // get into trouble with cyclic PHIs here because we only consider
1056     // instructions with a single use.
1057     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
1058     for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
1059       if (!canEvaluateSExtd(IncValue, Ty)) return false;
1060     return true;
1061   }
1062   default:
1063     // TODO: Can handle more cases here.
1064     break;
1065   }
1066
1067   return false;
1068 }
1069
1070 Instruction *InstCombiner::visitSExt(SExtInst &CI) {
1071   // If this sign extend is only used by a truncate, let the truncate be
1072   // eliminated before we try to optimize this sext.
1073   if (CI.hasOneUse() && isa<TruncInst>(CI.user_back()))
1074     return nullptr;
1075
1076   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1077     return I;
1078
1079   // See if we can simplify any instructions used by the input whose sole
1080   // purpose is to compute bits we don't care about.
1081   if (SimplifyDemandedInstructionBits(CI))
1082     return &CI;
1083
1084   Value *Src = CI.getOperand(0);
1085   Type *SrcTy = Src->getType(), *DestTy = CI.getType();
1086
1087   // If we know that the value being extended is positive, we can use a zext
1088   // instead.
1089   bool KnownZero, KnownOne;
1090   ComputeSignBit(Src, KnownZero, KnownOne, 0, &CI);
1091   if (KnownZero) {
1092     Value *ZExt = Builder->CreateZExt(Src, DestTy);
1093     return ReplaceInstUsesWith(CI, ZExt);
1094   }
1095
1096   // Attempt to extend the entire input expression tree to the destination
1097   // type.   Only do this if the dest type is a simple type, don't convert the
1098   // expression tree to something weird like i93 unless the source is also
1099   // strange.
1100   if ((DestTy->isVectorTy() || ShouldChangeType(SrcTy, DestTy)) &&
1101       canEvaluateSExtd(Src, DestTy)) {
1102     // Okay, we can transform this!  Insert the new expression now.
1103     DEBUG(dbgs() << "ICE: EvaluateInDifferentType converting expression type"
1104           " to avoid sign extend: " << CI);
1105     Value *Res = EvaluateInDifferentType(Src, DestTy, true);
1106     assert(Res->getType() == DestTy);
1107
1108     uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1109     uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1110
1111     // If the high bits are already filled with sign bit, just replace this
1112     // cast with the result.
1113     if (ComputeNumSignBits(Res, 0, &CI) > DestBitSize - SrcBitSize)
1114       return ReplaceInstUsesWith(CI, Res);
1115
1116     // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1117     Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1118     return BinaryOperator::CreateAShr(Builder->CreateShl(Res, ShAmt, "sext"),
1119                                       ShAmt);
1120   }
1121
1122   // If this input is a trunc from our destination, then turn sext(trunc(x))
1123   // into shifts.
1124   if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(Src))
1125     if (TI->hasOneUse() && TI->getOperand(0)->getType() == DestTy) {
1126       uint32_t SrcBitSize = SrcTy->getScalarSizeInBits();
1127       uint32_t DestBitSize = DestTy->getScalarSizeInBits();
1128
1129       // We need to emit a shl + ashr to do the sign extend.
1130       Value *ShAmt = ConstantInt::get(DestTy, DestBitSize-SrcBitSize);
1131       Value *Res = Builder->CreateShl(TI->getOperand(0), ShAmt, "sext");
1132       return BinaryOperator::CreateAShr(Res, ShAmt);
1133     }
1134
1135   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Src))
1136     return transformSExtICmp(ICI, CI);
1137
1138   // If the input is a shl/ashr pair of a same constant, then this is a sign
1139   // extension from a smaller value.  If we could trust arbitrary bitwidth
1140   // integers, we could turn this into a truncate to the smaller bit and then
1141   // use a sext for the whole extension.  Since we don't, look deeper and check
1142   // for a truncate.  If the source and dest are the same type, eliminate the
1143   // trunc and extend and just do shifts.  For example, turn:
1144   //   %a = trunc i32 %i to i8
1145   //   %b = shl i8 %a, 6
1146   //   %c = ashr i8 %b, 6
1147   //   %d = sext i8 %c to i32
1148   // into:
1149   //   %a = shl i32 %i, 30
1150   //   %d = ashr i32 %a, 30
1151   Value *A = nullptr;
1152   // TODO: Eventually this could be subsumed by EvaluateInDifferentType.
1153   ConstantInt *BA = nullptr, *CA = nullptr;
1154   if (match(Src, m_AShr(m_Shl(m_Trunc(m_Value(A)), m_ConstantInt(BA)),
1155                         m_ConstantInt(CA))) &&
1156       BA == CA && A->getType() == CI.getType()) {
1157     unsigned MidSize = Src->getType()->getScalarSizeInBits();
1158     unsigned SrcDstSize = CI.getType()->getScalarSizeInBits();
1159     unsigned ShAmt = CA->getZExtValue()+SrcDstSize-MidSize;
1160     Constant *ShAmtV = ConstantInt::get(CI.getType(), ShAmt);
1161     A = Builder->CreateShl(A, ShAmtV, CI.getName());
1162     return BinaryOperator::CreateAShr(A, ShAmtV);
1163   }
1164
1165   return nullptr;
1166 }
1167
1168
1169 /// Return a Constant* for the specified floating-point constant if it fits
1170 /// in the specified FP type without changing its value.
1171 static Constant *fitsInFPType(ConstantFP *CFP, const fltSemantics &Sem) {
1172   bool losesInfo;
1173   APFloat F = CFP->getValueAPF();
1174   (void)F.convert(Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &losesInfo);
1175   if (!losesInfo)
1176     return ConstantFP::get(CFP->getContext(), F);
1177   return nullptr;
1178 }
1179
1180 /// If this is a floating-point extension instruction, look
1181 /// through it until we get the source value.
1182 static Value *lookThroughFPExtensions(Value *V) {
1183   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1184     if (I->getOpcode() == Instruction::FPExt)
1185       return lookThroughFPExtensions(I->getOperand(0));
1186
1187   // If this value is a constant, return the constant in the smallest FP type
1188   // that can accurately represent it.  This allows us to turn
1189   // (float)((double)X+2.0) into x+2.0f.
1190   if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(V)) {
1191     if (CFP->getType() == Type::getPPC_FP128Ty(V->getContext()))
1192       return V;  // No constant folding of this.
1193     // See if the value can be truncated to half and then reextended.
1194     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEhalf))
1195       return V;
1196     // See if the value can be truncated to float and then reextended.
1197     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEsingle))
1198       return V;
1199     if (CFP->getType()->isDoubleTy())
1200       return V;  // Won't shrink.
1201     if (Value *V = fitsInFPType(CFP, APFloat::IEEEdouble))
1202       return V;
1203     // Don't try to shrink to various long double types.
1204   }
1205
1206   return V;
1207 }
1208
1209 Instruction *InstCombiner::visitFPTrunc(FPTruncInst &CI) {
1210   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1211     return I;
1212   // If we have fptrunc(OpI (fpextend x), (fpextend y)), we would like to
1213   // simpilify this expression to avoid one or more of the trunc/extend
1214   // operations if we can do so without changing the numerical results.
1215   //
1216   // The exact manner in which the widths of the operands interact to limit
1217   // what we can and cannot do safely varies from operation to operation, and
1218   // is explained below in the various case statements.
1219   BinaryOperator *OpI = dyn_cast<BinaryOperator>(CI.getOperand(0));
1220   if (OpI && OpI->hasOneUse()) {
1221     Value *LHSOrig = lookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(0));
1222     Value *RHSOrig = lookThroughFPExtensions(OpI->getOperand(1));
1223     unsigned OpWidth = OpI->getType()->getFPMantissaWidth();
1224     unsigned LHSWidth = LHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1225     unsigned RHSWidth = RHSOrig->getType()->getFPMantissaWidth();
1226     unsigned SrcWidth = std::max(LHSWidth, RHSWidth);
1227     unsigned DstWidth = CI.getType()->getFPMantissaWidth();
1228     switch (OpI->getOpcode()) {
1229       default: break;
1230       case Instruction::FAdd:
1231       case Instruction::FSub:
1232         // For addition and subtraction, the infinitely precise result can
1233         // essentially be arbitrarily wide; proving that double rounding
1234         // will not occur because the result of OpI is exact (as we will for
1235         // FMul, for example) is hopeless.  However, we *can* nonetheless
1236         // frequently know that double rounding cannot occur (or that it is
1237         // innocuous) by taking advantage of the specific structure of
1238         // infinitely-precise results that admit double rounding.
1239         //
1240         // Specifically, if OpWidth >= 2*DstWdith+1 and DstWidth is sufficient
1241         // to represent both sources, we can guarantee that the double
1242         // rounding is innocuous (See p50 of Figueroa's 2000 PhD thesis,
1243         // "A Rigorous Framework for Fully Supporting the IEEE Standard ..."
1244         // for proof of this fact).
1245         //
1246         // Note: Figueroa does not consider the case where DstFormat !=
1247         // SrcFormat.  It's possible (likely even!) that this analysis
1248         // could be tightened for those cases, but they are rare (the main
1249         // case of interest here is (float)((double)float + float)).
1250         if (OpWidth >= 2*DstWidth+1 && DstWidth >= SrcWidth) {
1251           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1252             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1253           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1254             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1255           Instruction *RI =
1256             BinaryOperator::Create(OpI->getOpcode(), LHSOrig, RHSOrig);
1257           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1258           return RI;
1259         }
1260         break;
1261       case Instruction::FMul:
1262         // For multiplication, the infinitely precise result has at most
1263         // LHSWidth + RHSWidth significant bits; if OpWidth is sufficient
1264         // that such a value can be exactly represented, then no double
1265         // rounding can possibly occur; we can safely perform the operation
1266         // in the destination format if it can represent both sources.
1267         if (OpWidth >= LHSWidth + RHSWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1268           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1269             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1270           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1271             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1272           Instruction *RI =
1273             BinaryOperator::CreateFMul(LHSOrig, RHSOrig);
1274           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1275           return RI;
1276         }
1277         break;
1278       case Instruction::FDiv:
1279         // For division, we use again use the bound from Figueroa's
1280         // dissertation.  I am entirely certain that this bound can be
1281         // tightened in the unbalanced operand case by an analysis based on
1282         // the diophantine rational approximation bound, but the well-known
1283         // condition used here is a good conservative first pass.
1284         // TODO: Tighten bound via rigorous analysis of the unbalanced case.
1285         if (OpWidth >= 2*DstWidth && DstWidth >= SrcWidth) {
1286           if (LHSOrig->getType() != CI.getType())
1287             LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, CI.getType());
1288           if (RHSOrig->getType() != CI.getType())
1289             RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, CI.getType());
1290           Instruction *RI =
1291             BinaryOperator::CreateFDiv(LHSOrig, RHSOrig);
1292           RI->copyFastMathFlags(OpI);
1293           return RI;
1294         }
1295         break;
1296       case Instruction::FRem:
1297         // Remainder is straightforward.  Remainder is always exact, so the
1298         // type of OpI doesn't enter into things at all.  We simply evaluate
1299         // in whichever source type is larger, then convert to the
1300         // destination type.
1301         if (SrcWidth == OpWidth)
1302           break;
1303         if (LHSWidth < SrcWidth)
1304           LHSOrig = Builder->CreateFPExt(LHSOrig, RHSOrig->getType());
1305         else if (RHSWidth <= SrcWidth)
1306           RHSOrig = Builder->CreateFPExt(RHSOrig, LHSOrig->getType());
1307         if (LHSOrig != OpI->getOperand(0) || RHSOrig != OpI->getOperand(1)) {
1308           Value *ExactResult = Builder->CreateFRem(LHSOrig, RHSOrig);
1309           if (Instruction *RI = dyn_cast<Instruction>(ExactResult))
1310             RI->copyFastMathFlags(OpI);
1311           return CastInst::CreateFPCast(ExactResult, CI.getType());
1312         }
1313     }
1314
1315     // (fptrunc (fneg x)) -> (fneg (fptrunc x))
1316     if (BinaryOperator::isFNeg(OpI)) {
1317       Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(OpI->getOperand(1),
1318                                                  CI.getType());
1319       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFNeg(InnerTrunc);
1320       RI->copyFastMathFlags(OpI);
1321       return RI;
1322     }
1323   }
1324
1325   // (fptrunc (select cond, R1, Cst)) -->
1326   // (select cond, (fptrunc R1), (fptrunc Cst))
1327   //
1328   //  - but only if this isn't part of a min/max operation, else we'll
1329   // ruin min/max canonical form which is to have the select and
1330   // compare's operands be of the same type with no casts to look through.
1331   Value *LHS, *RHS;
1332   SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CI.getOperand(0));
1333   if (SI &&
1334       (isa<ConstantFP>(SI->getOperand(1)) ||
1335        isa<ConstantFP>(SI->getOperand(2))) &&
1336       matchSelectPattern(SI, LHS, RHS).Flavor == SPF_UNKNOWN) {
1337     Value *LHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(1),
1338                                              CI.getType());
1339     Value *RHSTrunc = Builder->CreateFPTrunc(SI->getOperand(2),
1340                                              CI.getType());
1341     return SelectInst::Create(SI->getOperand(0), LHSTrunc, RHSTrunc);
1342   }
1343
1344   IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CI.getOperand(0));
1345   if (II) {
1346     switch (II->getIntrinsicID()) {
1347       default: break;
1348       case Intrinsic::fabs: {
1349         // (fptrunc (fabs x)) -> (fabs (fptrunc x))
1350         Value *InnerTrunc = Builder->CreateFPTrunc(II->getArgOperand(0),
1351                                                    CI.getType());
1352         Type *IntrinsicType[] = { CI.getType() };
1353         Function *Overload =
1354           Intrinsic::getDeclaration(CI.getParent()->getParent()->getParent(),
1355                                     II->getIntrinsicID(), IntrinsicType);
1356
1357         Value *Args[] = { InnerTrunc };
1358         return CallInst::Create(Overload, Args, II->getName());
1359       }
1360     }
1361   }
1362
1363   return nullptr;
1364 }
1365
1366 Instruction *InstCombiner::visitFPExt(CastInst &CI) {
1367   return commonCastTransforms(CI);
1368 }
1369
1370 // fpto{s/u}i({u/s}itofp(X)) --> X or zext(X) or sext(X) or trunc(X)
1371 // This is safe if the intermediate type has enough bits in its mantissa to
1372 // accurately represent all values of X.  For example, this won't work with
1373 // i64 -> float -> i64.
1374 Instruction *InstCombiner::FoldItoFPtoI(Instruction &FI) {
1375   if (!isa<UIToFPInst>(FI.getOperand(0)) && !isa<SIToFPInst>(FI.getOperand(0)))
1376     return nullptr;
1377   Instruction *OpI = cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1378
1379   Value *SrcI = OpI->getOperand(0);
1380   Type *FITy = FI.getType();
1381   Type *OpITy = OpI->getType();
1382   Type *SrcTy = SrcI->getType();
1383   bool IsInputSigned = isa<SIToFPInst>(OpI);
1384   bool IsOutputSigned = isa<FPToSIInst>(FI);
1385
1386   // We can safely assume the conversion won't overflow the output range,
1387   // because (for example) (uint8_t)18293.f is undefined behavior.
1388
1389   // Since we can assume the conversion won't overflow, our decision as to
1390   // whether the input will fit in the float should depend on the minimum
1391   // of the input range and output range.
1392
1393   // This means this is also safe for a signed input and unsigned output, since
1394   // a negative input would lead to undefined behavior.
1395   int InputSize = (int)SrcTy->getScalarSizeInBits() - IsInputSigned;
1396   int OutputSize = (int)FITy->getScalarSizeInBits() - IsOutputSigned;
1397   int ActualSize = std::min(InputSize, OutputSize);
1398
1399   if (ActualSize <= OpITy->getFPMantissaWidth()) {
1400     if (FITy->getScalarSizeInBits() > SrcTy->getScalarSizeInBits()) {
1401       if (IsInputSigned && IsOutputSigned)
1402         return new SExtInst(SrcI, FITy);
1403       return new ZExtInst(SrcI, FITy);
1404     }
1405     if (FITy->getScalarSizeInBits() < SrcTy->getScalarSizeInBits())
1406       return new TruncInst(SrcI, FITy);
1407     if (SrcTy == FITy)
1408       return ReplaceInstUsesWith(FI, SrcI);
1409     return new BitCastInst(SrcI, FITy);
1410   }
1411   return nullptr;
1412 }
1413
1414 Instruction *InstCombiner::visitFPToUI(FPToUIInst &FI) {
1415   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1416   if (!OpI)
1417     return commonCastTransforms(FI);
1418
1419   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1420     return I;
1421
1422   return commonCastTransforms(FI);
1423 }
1424
1425 Instruction *InstCombiner::visitFPToSI(FPToSIInst &FI) {
1426   Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(FI.getOperand(0));
1427   if (!OpI)
1428     return commonCastTransforms(FI);
1429
1430   if (Instruction *I = FoldItoFPtoI(FI))
1431     return I;
1432
1433   return commonCastTransforms(FI);
1434 }
1435
1436 Instruction *InstCombiner::visitUIToFP(CastInst &CI) {
1437   return commonCastTransforms(CI);
1438 }
1439
1440 Instruction *InstCombiner::visitSIToFP(CastInst &CI) {
1441   return commonCastTransforms(CI);
1442 }
1443
1444 Instruction *InstCombiner::visitIntToPtr(IntToPtrInst &CI) {
1445   // If the source integer type is not the intptr_t type for this target, do a
1446   // trunc or zext to the intptr_t type, then inttoptr of it.  This allows the
1447   // cast to be exposed to other transforms.
1448   unsigned AS = CI.getAddressSpace();
1449   if (CI.getOperand(0)->getType()->getScalarSizeInBits() !=
1450       DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1451     Type *Ty = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1452     if (CI.getType()->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1453       Ty = VectorType::get(Ty, CI.getType()->getVectorNumElements());
1454
1455     Value *P = Builder->CreateZExtOrTrunc(CI.getOperand(0), Ty);
1456     return new IntToPtrInst(P, CI.getType());
1457   }
1458
1459   if (Instruction *I = commonCastTransforms(CI))
1460     return I;
1461
1462   return nullptr;
1463 }
1464
1465 /// @brief Implement the transforms for cast of pointer (bitcast/ptrtoint)
1466 Instruction *InstCombiner::commonPointerCastTransforms(CastInst &CI) {
1467   Value *Src = CI.getOperand(0);
1468
1469   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1470     // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1471     // this into a cast of the original pointer!
1472     if (GEP->hasAllZeroIndices() &&
1473         // If CI is an addrspacecast and GEP changes the poiner type, merging
1474         // GEP into CI would undo canonicalizing addrspacecast with different
1475         // pointer types, causing infinite loops.
1476         (!isa<AddrSpaceCastInst>(CI) ||
1477           GEP->getType() == GEP->getPointerOperand()->getType())) {
1478       // Changing the cast operand is usually not a good idea but it is safe
1479       // here because the pointer operand is being replaced with another
1480       // pointer operand so the opcode doesn't need to change.
1481       Worklist.Add(GEP);
1482       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1483       return &CI;
1484     }
1485   }
1486
1487   return commonCastTransforms(CI);
1488 }
1489
1490 Instruction *InstCombiner::visitPtrToInt(PtrToIntInst &CI) {
1491   // If the destination integer type is not the intptr_t type for this target,
1492   // do a ptrtoint to intptr_t then do a trunc or zext.  This allows the cast
1493   // to be exposed to other transforms.
1494
1495   Type *Ty = CI.getType();
1496   unsigned AS = CI.getPointerAddressSpace();
1497
1498   if (Ty->getScalarSizeInBits() == DL.getPointerSizeInBits(AS))
1499     return commonPointerCastTransforms(CI);
1500
1501   Type *PtrTy = DL.getIntPtrType(CI.getContext(), AS);
1502   if (Ty->isVectorTy()) // Handle vectors of pointers.
1503     PtrTy = VectorType::get(PtrTy, Ty->getVectorNumElements());
1504
1505   Value *P = Builder->CreatePtrToInt(CI.getOperand(0), PtrTy);
1506   return CastInst::CreateIntegerCast(P, Ty, /*isSigned=*/false);
1507 }
1508
1509 /// This input value (which is known to have vector type) is being zero extended
1510 /// or truncated to the specified vector type.
1511 /// Try to replace it with a shuffle (and vector/vector bitcast) if possible.
1512 ///
1513 /// The source and destination vector types may have different element types.
1514 static Instruction *optimizeVectorResize(Value *InVal, VectorType *DestTy,
1515                                          InstCombiner &IC) {
1516   // We can only do this optimization if the output is a multiple of the input
1517   // element size, or the input is a multiple of the output element size.
1518   // Convert the input type to have the same element type as the output.
1519   VectorType *SrcTy = cast<VectorType>(InVal->getType());
1520
1521   if (SrcTy->getElementType() != DestTy->getElementType()) {
1522     // The input types don't need to be identical, but for now they must be the
1523     // same size.  There is no specific reason we couldn't handle things like
1524     // <4 x i16> -> <4 x i32> by bitcasting to <2 x i32> but haven't gotten
1525     // there yet.
1526     if (SrcTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
1527         DestTy->getElementType()->getPrimitiveSizeInBits())
1528       return nullptr;
1529
1530     SrcTy = VectorType::get(DestTy->getElementType(), SrcTy->getNumElements());
1531     InVal = IC.Builder->CreateBitCast(InVal, SrcTy);
1532   }
1533
1534   // Now that the element types match, get the shuffle mask and RHS of the
1535   // shuffle to use, which depends on whether we're increasing or decreasing the
1536   // size of the input.
1537   SmallVector<uint32_t, 16> ShuffleMask;
1538   Value *V2;
1539
1540   if (SrcTy->getNumElements() > DestTy->getNumElements()) {
1541     // If we're shrinking the number of elements, just shuffle in the low
1542     // elements from the input and use undef as the second shuffle input.
1543     V2 = UndefValue::get(SrcTy);
1544     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements(); i != e; ++i)
1545       ShuffleMask.push_back(i);
1546
1547   } else {
1548     // If we're increasing the number of elements, shuffle in all of the
1549     // elements from InVal and fill the rest of the result elements with zeros
1550     // from a constant zero.
1551     V2 = Constant::getNullValue(SrcTy);
1552     unsigned SrcElts = SrcTy->getNumElements();
1553     for (unsigned i = 0, e = SrcElts; i != e; ++i)
1554       ShuffleMask.push_back(i);
1555
1556     // The excess elements reference the first element of the zero input.
1557     for (unsigned i = 0, e = DestTy->getNumElements()-SrcElts; i != e; ++i)
1558       ShuffleMask.push_back(SrcElts);
1559   }
1560
1561   return new ShuffleVectorInst(InVal, V2,
1562                                ConstantDataVector::get(V2->getContext(),
1563                                                        ShuffleMask));
1564 }
1565
1566 static bool isMultipleOfTypeSize(unsigned Value, Type *Ty) {
1567   return Value % Ty->getPrimitiveSizeInBits() == 0;
1568 }
1569
1570 static unsigned getTypeSizeIndex(unsigned Value, Type *Ty) {
1571   return Value / Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1572 }
1573
1574 /// V is a value which is inserted into a vector of VecEltTy.
1575 /// Look through the value to see if we can decompose it into
1576 /// insertions into the vector.  See the example in the comment for
1577 /// OptimizeIntegerToVectorInsertions for the pattern this handles.
1578 /// The type of V is always a non-zero multiple of VecEltTy's size.
1579 /// Shift is the number of bits between the lsb of V and the lsb of
1580 /// the vector.
1581 ///
1582 /// This returns false if the pattern can't be matched or true if it can,
1583 /// filling in Elements with the elements found here.
1584 static bool collectInsertionElements(Value *V, unsigned Shift,
1585                                      SmallVectorImpl<Value *> &Elements,
1586                                      Type *VecEltTy, bool isBigEndian) {
1587   assert(isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy) &&
1588          "Shift should be a multiple of the element type size");
1589
1590   // Undef values never contribute useful bits to the result.
1591   if (isa<UndefValue>(V)) return true;
1592
1593   // If we got down to a value of the right type, we win, try inserting into the
1594   // right element.
1595   if (V->getType() == VecEltTy) {
1596     // Inserting null doesn't actually insert any elements.
1597     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1598       if (C->isNullValue())
1599         return true;
1600
1601     unsigned ElementIndex = getTypeSizeIndex(Shift, VecEltTy);
1602     if (isBigEndian)
1603       ElementIndex = Elements.size() - ElementIndex - 1;
1604
1605     // Fail if multiple elements are inserted into this slot.
1606     if (Elements[ElementIndex])
1607       return false;
1608
1609     Elements[ElementIndex] = V;
1610     return true;
1611   }
1612
1613   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
1614     // Figure out the # elements this provides, and bitcast it or slice it up
1615     // as required.
1616     unsigned NumElts = getTypeSizeIndex(C->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1617                                         VecEltTy);
1618     // If the constant is the size of a vector element, we just need to bitcast
1619     // it to the right type so it gets properly inserted.
1620     if (NumElts == 1)
1621       return collectInsertionElements(ConstantExpr::getBitCast(C, VecEltTy),
1622                                       Shift, Elements, VecEltTy, isBigEndian);
1623
1624     // Okay, this is a constant that covers multiple elements.  Slice it up into
1625     // pieces and insert each element-sized piece into the vector.
1626     if (!isa<IntegerType>(C->getType()))
1627       C = ConstantExpr::getBitCast(C, IntegerType::get(V->getContext(),
1628                                        C->getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1629     unsigned ElementSize = VecEltTy->getPrimitiveSizeInBits();
1630     Type *ElementIntTy = IntegerType::get(C->getContext(), ElementSize);
1631
1632     for (unsigned i = 0; i != NumElts; ++i) {
1633       unsigned ShiftI = Shift+i*ElementSize;
1634       Constant *Piece = ConstantExpr::getLShr(C, ConstantInt::get(C->getType(),
1635                                                                   ShiftI));
1636       Piece = ConstantExpr::getTrunc(Piece, ElementIntTy);
1637       if (!collectInsertionElements(Piece, ShiftI, Elements, VecEltTy,
1638                                     isBigEndian))
1639         return false;
1640     }
1641     return true;
1642   }
1643
1644   if (!V->hasOneUse()) return false;
1645
1646   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
1647   if (!I) return false;
1648   switch (I->getOpcode()) {
1649   default: return false; // Unhandled case.
1650   case Instruction::BitCast:
1651     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1652                                     isBigEndian);
1653   case Instruction::ZExt:
1654     if (!isMultipleOfTypeSize(
1655                           I->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1656                               VecEltTy))
1657       return false;
1658     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1659                                     isBigEndian);
1660   case Instruction::Or:
1661     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1662                                     isBigEndian) &&
1663            collectInsertionElements(I->getOperand(1), Shift, Elements, VecEltTy,
1664                                     isBigEndian);
1665   case Instruction::Shl: {
1666     // Must be shifting by a constant that is a multiple of the element size.
1667     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1));
1668     if (!CI) return false;
1669     Shift += CI->getZExtValue();
1670     if (!isMultipleOfTypeSize(Shift, VecEltTy)) return false;
1671     return collectInsertionElements(I->getOperand(0), Shift, Elements, VecEltTy,
1672                                     isBigEndian);
1673   }
1674
1675   }
1676 }
1677
1678
1679 /// If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1680 /// assemble the elements of the vector manually.
1681 /// Try to rip the code out and replace it with insertelements.  This is to
1682 /// optimize code like this:
1683 ///
1684 ///    %tmp37 = bitcast float %inc to i32
1685 ///    %tmp38 = zext i32 %tmp37 to i64
1686 ///    %tmp31 = bitcast float %inc5 to i32
1687 ///    %tmp32 = zext i32 %tmp31 to i64
1688 ///    %tmp33 = shl i64 %tmp32, 32
1689 ///    %ins35 = or i64 %tmp33, %tmp38
1690 ///    %tmp43 = bitcast i64 %ins35 to <2 x float>
1691 ///
1692 /// Into two insertelements that do "buildvector{%inc, %inc5}".
1693 static Value *optimizeIntegerToVectorInsertions(BitCastInst &CI,
1694                                                 InstCombiner &IC) {
1695   VectorType *DestVecTy = cast<VectorType>(CI.getType());
1696   Value *IntInput = CI.getOperand(0);
1697
1698   SmallVector<Value*, 8> Elements(DestVecTy->getNumElements());
1699   if (!collectInsertionElements(IntInput, 0, Elements,
1700                                 DestVecTy->getElementType(),
1701                                 IC.getDataLayout().isBigEndian()))
1702     return nullptr;
1703
1704   // If we succeeded, we know that all of the element are specified by Elements
1705   // or are zero if Elements has a null entry.  Recast this as a set of
1706   // insertions.
1707   Value *Result = Constant::getNullValue(CI.getType());
1708   for (unsigned i = 0, e = Elements.size(); i != e; ++i) {
1709     if (!Elements[i]) continue;  // Unset element.
1710
1711     Result = IC.Builder->CreateInsertElement(Result, Elements[i],
1712                                              IC.Builder->getInt32(i));
1713   }
1714
1715   return Result;
1716 }
1717
1718
1719 /// See if we can optimize an integer->float/double bitcast.
1720 /// The various long double bitcasts can't get in here.
1721 static Instruction *optimizeIntToFloatBitCast(BitCastInst &CI, InstCombiner &IC,
1722                                               const DataLayout &DL) {
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 (DL.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 (DL.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     unsigned NumZeros = 0;
1806     while (SrcElTy != DstElTy &&
1807            isa<CompositeType>(SrcElTy) && !SrcElTy->isPointerTy() &&
1808            SrcElTy->getNumContainedTypes() /* not "{}" */) {
1809       SrcElTy = cast<CompositeType>(SrcElTy)->getTypeAtIndex(0U);
1810       ++NumZeros;
1811     }
1812
1813     // If we found a path from the src to dest, create the getelementptr now.
1814     if (SrcElTy == DstElTy) {
1815       SmallVector<Value *, 8> Idxs(NumZeros + 1, Builder->getInt32(0));
1816       return GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src, Idxs);
1817     }
1818   }
1819
1820   // Try to optimize int -> float bitcasts.
1821   if ((DestTy->isFloatTy() || DestTy->isDoubleTy()) && isa<IntegerType>(SrcTy))
1822     if (Instruction *I = optimizeIntToFloatBitCast(CI, *this, DL))
1823       return I;
1824
1825   if (VectorType *DestVTy = dyn_cast<VectorType>(DestTy)) {
1826     if (DestVTy->getNumElements() == 1 && !SrcTy->isVectorTy()) {
1827       Value *Elem = Builder->CreateBitCast(Src, DestVTy->getElementType());
1828       return InsertElementInst::Create(UndefValue::get(DestTy), Elem,
1829                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1830       // FIXME: Canonicalize bitcast(insertelement) -> insertelement(bitcast)
1831     }
1832
1833     if (isa<IntegerType>(SrcTy)) {
1834       // If this is a cast from an integer to vector, check to see if the input
1835       // is a trunc or zext of a bitcast from vector.  If so, we can replace all
1836       // the casts with a shuffle and (potentially) a bitcast.
1837       if (isa<TruncInst>(Src) || isa<ZExtInst>(Src)) {
1838         CastInst *SrcCast = cast<CastInst>(Src);
1839         if (BitCastInst *BCIn = dyn_cast<BitCastInst>(SrcCast->getOperand(0)))
1840           if (isa<VectorType>(BCIn->getOperand(0)->getType()))
1841             if (Instruction *I = optimizeVectorResize(BCIn->getOperand(0),
1842                                                cast<VectorType>(DestTy), *this))
1843               return I;
1844       }
1845
1846       // If the input is an 'or' instruction, we may be doing shifts and ors to
1847       // assemble the elements of the vector manually.  Try to rip the code out
1848       // and replace it with insertelements.
1849       if (Value *V = optimizeIntegerToVectorInsertions(CI, *this))
1850         return ReplaceInstUsesWith(CI, V);
1851     }
1852   }
1853
1854   if (VectorType *SrcVTy = dyn_cast<VectorType>(SrcTy)) {
1855     if (SrcVTy->getNumElements() == 1) {
1856       // If our destination is not a vector, then make this a straight
1857       // scalar-scalar cast.
1858       if (!DestTy->isVectorTy()) {
1859         Value *Elem =
1860           Builder->CreateExtractElement(Src,
1861                      Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(CI.getContext())));
1862         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, Elem, DestTy);
1863       }
1864
1865       // Otherwise, see if our source is an insert. If so, then use the scalar
1866       // component directly.
1867       if (InsertElementInst *IEI =
1868             dyn_cast<InsertElementInst>(CI.getOperand(0)))
1869         return CastInst::Create(Instruction::BitCast, IEI->getOperand(1),
1870                                 DestTy);
1871     }
1872   }
1873
1874   if (ShuffleVectorInst *SVI = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(Src)) {
1875     // Okay, we have (bitcast (shuffle ..)).  Check to see if this is
1876     // a bitcast to a vector with the same # elts.
1877     if (SVI->hasOneUse() && DestTy->isVectorTy() &&
1878         DestTy->getVectorNumElements() == SVI->getType()->getNumElements() &&
1879         SVI->getType()->getNumElements() ==
1880         SVI->getOperand(0)->getType()->getVectorNumElements()) {
1881       BitCastInst *Tmp;
1882       // If either of the operands is a cast from CI.getType(), then
1883       // evaluating the shuffle in the casted destination's type will allow
1884       // us to eliminate at least one cast.
1885       if (((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(0))) &&
1886            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy) ||
1887           ((Tmp = dyn_cast<BitCastInst>(SVI->getOperand(1))) &&
1888            Tmp->getOperand(0)->getType() == DestTy)) {
1889         Value *LHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(0), DestTy);
1890         Value *RHS = Builder->CreateBitCast(SVI->getOperand(1), DestTy);
1891         // Return a new shuffle vector.  Use the same element ID's, as we
1892         // know the vector types match #elts.
1893         return new ShuffleVectorInst(LHS, RHS, SVI->getOperand(2));
1894       }
1895     }
1896   }
1897
1898   if (SrcTy->isPointerTy())
1899     return commonPointerCastTransforms(CI);
1900   return commonCastTransforms(CI);
1901 }
1902
1903 Instruction *InstCombiner::visitAddrSpaceCast(AddrSpaceCastInst &CI) {
1904   // If the destination pointer element type is not the same as the source's
1905   // first do a bitcast to the destination type, and then the addrspacecast.
1906   // This allows the cast to be exposed to other transforms.
1907   Value *Src = CI.getOperand(0);
1908   PointerType *SrcTy = cast<PointerType>(Src->getType()->getScalarType());
1909   PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI.getType()->getScalarType());
1910
1911   Type *DestElemTy = DestTy->getElementType();
1912   if (SrcTy->getElementType() != DestElemTy) {
1913     Type *MidTy = PointerType::get(DestElemTy, SrcTy->getAddressSpace());
1914     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(CI.getType())) {
1915       // Handle vectors of pointers.
1916       MidTy = VectorType::get(MidTy, VT->getNumElements());
1917     }
1918
1919     Value *NewBitCast = Builder->CreateBitCast(Src, MidTy);
1920     return new AddrSpaceCastInst(NewBitCast, CI.getType());
1921   }
1922
1923   return commonPointerCastTransforms(CI);
1924 }