lib/Transforms/InstCombine/InstCombineCompares.cpp

   1 //===- InstCombineCompares.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 visitICmp and visitFCmp functions.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "InstCombineInternal.h"
  15 #include "llvm/ADT/APSInt.h"
  16 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  17 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  18 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  19 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  20 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
  21 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  22 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
  23 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  24 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
  25 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  26 #include "llvm/Support/Debug.h"
  27 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  28
  29 using namespace llvm;
  30 using namespace PatternMatch;
  31
  32 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  33
  34 // How many times is a select replaced by one of its operands?
  35 STATISTIC(NumSel, "Number of select opts");
  36
  37 // Initialization Routines
  38
  39 static ConstantInt *getOne(Constant *C) {
  40   return ConstantInt::get(cast<IntegerType>(C->getType()), 1);
  41 }
  42
  43 static ConstantInt *ExtractElement(Constant *V, Constant *Idx) {
  44   return cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getExtractElement(V, Idx));
  45 }
  46
  47 static bool HasAddOverflow(ConstantInt *Result,
  48                            ConstantInt *In1, ConstantInt *In2,
  49                            bool IsSigned) {
  50   if (!IsSigned)
  51     return Result->getValue().ult(In1->getValue());
  52
  53   if (In2->isNegative())
  54     return Result->getValue().sgt(In1->getValue());
  55   return Result->getValue().slt(In1->getValue());
  56 }
  57
  58 /// AddWithOverflow - Compute Result = In1+In2, returning true if the result
  59 /// overflowed for this type.
  60 static bool AddWithOverflow(Constant *&Result, Constant *In1,
  61                             Constant *In2, bool IsSigned = false) {
  62   Result = ConstantExpr::getAdd(In1, In2);
  63
  64   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(In1->getType())) {
  65     for (unsigned i = 0, e = VTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
  66       Constant *Idx = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(In1->getContext()), i);
  67       if (HasAddOverflow(ExtractElement(Result, Idx),
  68                          ExtractElement(In1, Idx),
  69                          ExtractElement(In2, Idx),
  70                          IsSigned))
  71         return true;
  72     }
  73     return false;
  74   }
  75
  76   return HasAddOverflow(cast<ConstantInt>(Result),
  77                         cast<ConstantInt>(In1), cast<ConstantInt>(In2),
  78                         IsSigned);
  79 }
  80
  81 static bool HasSubOverflow(ConstantInt *Result,
  82                            ConstantInt *In1, ConstantInt *In2,
  83                            bool IsSigned) {
  84   if (!IsSigned)
  85     return Result->getValue().ugt(In1->getValue());
  86
  87   if (In2->isNegative())
  88     return Result->getValue().slt(In1->getValue());
  89
  90   return Result->getValue().sgt(In1->getValue());
  91 }
  92
  93 /// SubWithOverflow - Compute Result = In1-In2, returning true if the result
  94 /// overflowed for this type.
  95 static bool SubWithOverflow(Constant *&Result, Constant *In1,
  96                             Constant *In2, bool IsSigned = false) {
  97   Result = ConstantExpr::getSub(In1, In2);
  98
  99   if (VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(In1->getType())) {
 100     for (unsigned i = 0, e = VTy->getNumElements(); i != e; ++i) {
 101       Constant *Idx = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(In1->getContext()), i);
 102       if (HasSubOverflow(ExtractElement(Result, Idx),
 103                          ExtractElement(In1, Idx),
 104                          ExtractElement(In2, Idx),
 105                          IsSigned))
 106         return true;
 107     }
 108     return false;
 109   }
 110
 111   return HasSubOverflow(cast<ConstantInt>(Result),
 112                         cast<ConstantInt>(In1), cast<ConstantInt>(In2),
 113                         IsSigned);
 114 }
 115
 116 /// isSignBitCheck - Given an exploded icmp instruction, return true if the
 117 /// comparison only checks the sign bit.  If it only checks the sign bit, set
 118 /// TrueIfSigned if the result of the comparison is true when the input value is
 119 /// signed.
 120 static bool isSignBitCheck(ICmpInst::Predicate pred, ConstantInt *RHS,
 121                            bool &TrueIfSigned) {
 122   switch (pred) {
 123   case ICmpInst::ICMP_SLT:   // True if LHS s< 0
 124     TrueIfSigned = true;
 125     return RHS->isZero();
 126   case ICmpInst::ICMP_SLE:   // True if LHS s<= RHS and RHS == -1
 127     TrueIfSigned = true;
 128     return RHS->isAllOnesValue();
 129   case ICmpInst::ICMP_SGT:   // True if LHS s> -1
 130     TrueIfSigned = false;
 131     return RHS->isAllOnesValue();
 132   case ICmpInst::ICMP_UGT:
 133     // True if LHS u> RHS and RHS == high-bit-mask - 1
 134     TrueIfSigned = true;
 135     return RHS->isMaxValue(true);
 136   case ICmpInst::ICMP_UGE:
 137     // True if LHS u>= RHS and RHS == high-bit-mask (2^7, 2^15, 2^31, etc)
 138     TrueIfSigned = true;
 139     return RHS->getValue().isSignBit();
 140   default:
 141     return false;
 142   }
 143 }
 144
 145 /// Returns true if the exploded icmp can be expressed as a signed comparison
 146 /// to zero and updates the predicate accordingly.
 147 /// The signedness of the comparison is preserved.
 148 static bool isSignTest(ICmpInst::Predicate &pred, const ConstantInt *RHS) {
 149   if (!ICmpInst::isSigned(pred))
 150     return false;
 151
 152   if (RHS->isZero())
 153     return ICmpInst::isRelational(pred);
 154
 155   if (RHS->isOne()) {
 156     if (pred == ICmpInst::ICMP_SLT) {
 157       pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
 158       return true;
 159     }
 160   } else if (RHS->isAllOnesValue()) {
 161     if (pred == ICmpInst::ICMP_SGT) {
 162       pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
 163       return true;
 164     }
 165   }
 166
 167   return false;
 168 }
 169
 170 // isHighOnes - Return true if the constant is of the form 1+0+.
 171 // This is the same as lowones(~X).
 172 static bool isHighOnes(const ConstantInt *CI) {
 173   return (~CI->getValue() + 1).isPowerOf2();
 174 }
 175
 176 /// ComputeSignedMinMaxValuesFromKnownBits - Given a signed integer type and a
 177 /// set of known zero and one bits, compute the maximum and minimum values that
 178 /// could have the specified known zero and known one bits, returning them in
 179 /// min/max.
 180 static void ComputeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(const APInt& KnownZero,
 181                                                    const APInt& KnownOne,
 182                                                    APInt& Min, APInt& Max) {
 183   assert(KnownZero.getBitWidth() == KnownOne.getBitWidth() &&
 184          KnownZero.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
 185          KnownZero.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
 186          "KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
 187   APInt UnknownBits = ~(KnownZero|KnownOne);
 188
 189   // The minimum value is when all unknown bits are zeros, EXCEPT for the sign
 190   // bit if it is unknown.
 191   Min = KnownOne;
 192   Max = KnownOne|UnknownBits;
 193
 194   if (UnknownBits.isNegative()) { // Sign bit is unknown
 195     Min.setBit(Min.getBitWidth()-1);
 196     Max.clearBit(Max.getBitWidth()-1);
 197   }
 198 }
 199
 200 // ComputeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits - Given an unsigned integer type and
 201 // a set of known zero and one bits, compute the maximum and minimum values that
 202 // could have the specified known zero and known one bits, returning them in
 203 // min/max.
 204 static void ComputeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(const APInt &KnownZero,
 205                                                      const APInt &KnownOne,
 206                                                      APInt &Min, APInt &Max) {
 207   assert(KnownZero.getBitWidth() == KnownOne.getBitWidth() &&
 208          KnownZero.getBitWidth() == Min.getBitWidth() &&
 209          KnownZero.getBitWidth() == Max.getBitWidth() &&
 210          "Ty, KnownZero, KnownOne and Min, Max must have equal bitwidth.");
 211   APInt UnknownBits = ~(KnownZero|KnownOne);
 212
 213   // The minimum value is when the unknown bits are all zeros.
 214   Min = KnownOne;
 215   // The maximum value is when the unknown bits are all ones.
 216   Max = KnownOne|UnknownBits;
 217 }
 218
 219 /// FoldCmpLoadFromIndexedGlobal - Called we see this pattern:
 220 ///   cmp pred (load (gep GV, ...)), cmpcst
 221 /// where GV is a global variable with a constant initializer.  Try to simplify
 222 /// this into some simple computation that does not need the load.  For example
 223 /// we can optimize "icmp eq (load (gep "foo", 0, i)), 0" into "icmp eq i, 3".
 224 ///
 225 /// If AndCst is non-null, then the loaded value is masked with that constant
 226 /// before doing the comparison.  This handles cases like "A[i]&4 == 0".
 227 Instruction *InstCombiner::
 228 FoldCmpLoadFromIndexedGlobal(GetElementPtrInst *GEP, GlobalVariable *GV,
 229                              CmpInst &ICI, ConstantInt *AndCst) {
 230   Constant *Init = GV->getInitializer();
 231   if (!isa<ConstantArray>(Init) && !isa<ConstantDataArray>(Init))
 232     return nullptr;
 233
 234   uint64_t ArrayElementCount = Init->getType()->getArrayNumElements();
 235   if (ArrayElementCount > 1024) return nullptr; // Don't blow up on huge arrays.
 236
 237   // There are many forms of this optimization we can handle, for now, just do
 238   // the simple index into a single-dimensional array.
 239   //
 240   // Require: GEP GV, 0, i {{, constant indices}}
 241   if (GEP->getNumOperands() < 3 ||
 242       !isa<ConstantInt>(GEP->getOperand(1)) ||
 243       !cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(1))->isZero() ||
 244       isa<Constant>(GEP->getOperand(2)))
 245     return nullptr;
 246
 247   // Check that indices after the variable are constants and in-range for the
 248   // type they index.  Collect the indices.  This is typically for arrays of
 249   // structs.
 250   SmallVector<unsigned, 4> LaterIndices;
 251
 252   Type *EltTy = Init->getType()->getArrayElementType();
 253   for (unsigned i = 3, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 254     ConstantInt *Idx = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
 255     if (!Idx) return nullptr;  // Variable index.
 256
 257     uint64_t IdxVal = Idx->getZExtValue();
 258     if ((unsigned)IdxVal != IdxVal) return nullptr; // Too large array index.
 259
 260     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(EltTy))
 261       EltTy = STy->getElementType(IdxVal);
 262     else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(EltTy)) {
 263       if (IdxVal >= ATy->getNumElements()) return nullptr;
 264       EltTy = ATy->getElementType();
 265     } else {
 266       return nullptr; // Unknown type.
 267     }
 268
 269     LaterIndices.push_back(IdxVal);
 270   }
 271
 272   enum { Overdefined = -3, Undefined = -2 };
 273
 274   // Variables for our state machines.
 275
 276   // FirstTrueElement/SecondTrueElement - Used to emit a comparison of the form
 277   // "i == 47 | i == 87", where 47 is the first index the condition is true for,
 278   // and 87 is the second (and last) index.  FirstTrueElement is -2 when
 279   // undefined, otherwise set to the first true element.  SecondTrueElement is
 280   // -2 when undefined, -3 when overdefined and >= 0 when that index is true.
 281   int FirstTrueElement = Undefined, SecondTrueElement = Undefined;
 282
 283   // FirstFalseElement/SecondFalseElement - Used to emit a comparison of the
 284   // form "i != 47 & i != 87".  Same state transitions as for true elements.
 285   int FirstFalseElement = Undefined, SecondFalseElement = Undefined;
 286
 287   /// TrueRangeEnd/FalseRangeEnd - In conjunction with First*Element, these
 288   /// define a state machine that triggers for ranges of values that the index
 289   /// is true or false for.  This triggers on things like "abbbbc"[i] == 'b'.
 290   /// This is -2 when undefined, -3 when overdefined, and otherwise the last
 291   /// index in the range (inclusive).  We use -2 for undefined here because we
 292   /// use relative comparisons and don't want 0-1 to match -1.
 293   int TrueRangeEnd = Undefined, FalseRangeEnd = Undefined;
 294
 295   // MagicBitvector - This is a magic bitvector where we set a bit if the
 296   // comparison is true for element 'i'.  If there are 64 elements or less in
 297   // the array, this will fully represent all the comparison results.
 298   uint64_t MagicBitvector = 0;
 299
 300   // Scan the array and see if one of our patterns matches.
 301   Constant *CompareRHS = cast<Constant>(ICI.getOperand(1));
 302   for (unsigned i = 0, e = ArrayElementCount; i != e; ++i) {
 303     Constant *Elt = Init->getAggregateElement(i);
 304     if (!Elt) return nullptr;
 305
 306     // If this is indexing an array of structures, get the structure element.
 307     if (!LaterIndices.empty())
 308       Elt = ConstantExpr::getExtractValue(Elt, LaterIndices);
 309
 310     // If the element is masked, handle it.
 311     if (AndCst) Elt = ConstantExpr::getAnd(Elt, AndCst);
 312
 313     // Find out if the comparison would be true or false for the i'th element.
 314     Constant *C = ConstantFoldCompareInstOperands(ICI.getPredicate(), Elt,
 315                                                   CompareRHS, DL, TLI);
 316     // If the result is undef for this element, ignore it.
 317     if (isa<UndefValue>(C)) {
 318       // Extend range state machines to cover this element in case there is an
 319       // undef in the middle of the range.
 320       if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
 321         TrueRangeEnd = i;
 322       if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
 323         FalseRangeEnd = i;
 324       continue;
 325     }
 326
 327     // If we can't compute the result for any of the elements, we have to give
 328     // up evaluating the entire conditional.
 329     if (!isa<ConstantInt>(C)) return nullptr;
 330
 331     // Otherwise, we know if the comparison is true or false for this element,
 332     // update our state machines.
 333     bool IsTrueForElt = !cast<ConstantInt>(C)->isZero();
 334
 335     // State machine for single/double/range index comparison.
 336     if (IsTrueForElt) {
 337       // Update the TrueElement state machine.
 338       if (FirstTrueElement == Undefined)
 339         FirstTrueElement = TrueRangeEnd = i;  // First true element.
 340       else {
 341         // Update double-compare state machine.
 342         if (SecondTrueElement == Undefined)
 343           SecondTrueElement = i;
 344         else
 345           SecondTrueElement = Overdefined;
 346
 347         // Update range state machine.
 348         if (TrueRangeEnd == (int)i-1)
 349           TrueRangeEnd = i;
 350         else
 351           TrueRangeEnd = Overdefined;
 352       }
 353     } else {
 354       // Update the FalseElement state machine.
 355       if (FirstFalseElement == Undefined)
 356         FirstFalseElement = FalseRangeEnd = i; // First false element.
 357       else {
 358         // Update double-compare state machine.
 359         if (SecondFalseElement == Undefined)
 360           SecondFalseElement = i;
 361         else
 362           SecondFalseElement = Overdefined;
 363
 364         // Update range state machine.
 365         if (FalseRangeEnd == (int)i-1)
 366           FalseRangeEnd = i;
 367         else
 368           FalseRangeEnd = Overdefined;
 369       }
 370     }
 371
 372     // If this element is in range, update our magic bitvector.
 373     if (i < 64 && IsTrueForElt)
 374       MagicBitvector |= 1ULL << i;
 375
 376     // If all of our states become overdefined, bail out early.  Since the
 377     // predicate is expensive, only check it every 8 elements.  This is only
 378     // really useful for really huge arrays.
 379     if ((i & 8) == 0 && i >= 64 && SecondTrueElement == Overdefined &&
 380         SecondFalseElement == Overdefined && TrueRangeEnd == Overdefined &&
 381         FalseRangeEnd == Overdefined)
 382       return nullptr;
 383   }
 384
 385   // Now that we've scanned the entire array, emit our new comparison(s).  We
 386   // order the state machines in complexity of the generated code.
 387   Value *Idx = GEP->getOperand(2);
 388
 389   // If the index is larger than the pointer size of the target, truncate the
 390   // index down like the GEP would do implicitly.  We don't have to do this for
 391   // an inbounds GEP because the index can't be out of range.
 392   if (!GEP->isInBounds()) {
 393     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getType());
 394     unsigned PtrSize = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
 395     if (Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > PtrSize)
 396       Idx = Builder->CreateTrunc(Idx, IntPtrTy);
 397   }
 398
 399   // If the comparison is only true for one or two elements, emit direct
 400   // comparisons.
 401   if (SecondTrueElement != Overdefined) {
 402     // None true -> false.
 403     if (FirstTrueElement == Undefined)
 404       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
 405
 406     Value *FirstTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstTrueElement);
 407
 408     // True for one element -> 'i == 47'.
 409     if (SecondTrueElement == Undefined)
 410       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Idx, FirstTrueIdx);
 411
 412     // True for two elements -> 'i == 47 | i == 72'.
 413     Value *C1 = Builder->CreateICmpEQ(Idx, FirstTrueIdx);
 414     Value *SecondTrueIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), SecondTrueElement);
 415     Value *C2 = Builder->CreateICmpEQ(Idx, SecondTrueIdx);
 416     return BinaryOperator::CreateOr(C1, C2);
 417   }
 418
 419   // If the comparison is only false for one or two elements, emit direct
 420   // comparisons.
 421   if (SecondFalseElement != Overdefined) {
 422     // None false -> true.
 423     if (FirstFalseElement == Undefined)
 424       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
 425
 426     Value *FirstFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(), FirstFalseElement);
 427
 428     // False for one element -> 'i != 47'.
 429     if (SecondFalseElement == Undefined)
 430       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Idx, FirstFalseIdx);
 431
 432     // False for two elements -> 'i != 47 & i != 72'.
 433     Value *C1 = Builder->CreateICmpNE(Idx, FirstFalseIdx);
 434     Value *SecondFalseIdx = ConstantInt::get(Idx->getType(),SecondFalseElement);
 435     Value *C2 = Builder->CreateICmpNE(Idx, SecondFalseIdx);
 436     return BinaryOperator::CreateAnd(C1, C2);
 437   }
 438
 439   // If the comparison can be replaced with a range comparison for the elements
 440   // where it is true, emit the range check.
 441   if (TrueRangeEnd != Overdefined) {
 442     assert(TrueRangeEnd != FirstTrueElement && "Should emit single compare");
 443
 444     // Generate (i-FirstTrue) <u (TrueRangeEnd-FirstTrue+1).
 445     if (FirstTrueElement) {
 446       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstTrueElement);
 447       Idx = Builder->CreateAdd(Idx, Offs);
 448     }
 449
 450     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
 451                                   TrueRangeEnd-FirstTrueElement+1);
 452     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, Idx, End);
 453   }
 454
 455   // False range check.
 456   if (FalseRangeEnd != Overdefined) {
 457     assert(FalseRangeEnd != FirstFalseElement && "Should emit single compare");
 458     // Generate (i-FirstFalse) >u (FalseRangeEnd-FirstFalse).
 459     if (FirstFalseElement) {
 460       Value *Offs = ConstantInt::get(Idx->getType(), -FirstFalseElement);
 461       Idx = Builder->CreateAdd(Idx, Offs);
 462     }
 463
 464     Value *End = ConstantInt::get(Idx->getType(),
 465                                   FalseRangeEnd-FirstFalseElement);
 466     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Idx, End);
 467   }
 468
 469   // If a magic bitvector captures the entire comparison state
 470   // of this load, replace it with computation that does:
 471   //   ((magic_cst >> i) & 1) != 0
 472   {
 473     Type *Ty = nullptr;
 474
 475     // Look for an appropriate type:
 476     // - The type of Idx if the magic fits
 477     // - The smallest fitting legal type if we have a DataLayout
 478     // - Default to i32
 479     if (ArrayElementCount <= Idx->getType()->getIntegerBitWidth())
 480       Ty = Idx->getType();
 481     else
 482       Ty = DL.getSmallestLegalIntType(Init->getContext(), ArrayElementCount);
 483
 484     if (Ty) {
 485       Value *V = Builder->CreateIntCast(Idx, Ty, false);
 486       V = Builder->CreateLShr(ConstantInt::get(Ty, MagicBitvector), V);
 487       V = Builder->CreateAnd(ConstantInt::get(Ty, 1), V);
 488       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, V, ConstantInt::get(Ty, 0));
 489     }
 490   }
 491
 492   return nullptr;
 493 }
 494
 495 /// EvaluateGEPOffsetExpression - Return a value that can be used to compare
 496 /// the *offset* implied by a GEP to zero.  For example, if we have &A[i], we
 497 /// want to return 'i' for "icmp ne i, 0".  Note that, in general, indices can
 498 /// be complex, and scales are involved.  The above expression would also be
 499 /// legal to codegen as "icmp ne (i*4), 0" (assuming A is a pointer to i32).
 500 /// This later form is less amenable to optimization though, and we are allowed
 501 /// to generate the first by knowing that pointer arithmetic doesn't overflow.
 502 ///
 503 /// If we can't emit an optimized form for this expression, this returns null.
 504 ///
 505 static Value *EvaluateGEPOffsetExpression(User *GEP, InstCombiner &IC,
 506                                           const DataLayout &DL) {
 507   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 508
 509   // Check to see if this gep only has a single variable index.  If so, and if
 510   // any constant indices are a multiple of its scale, then we can compute this
 511   // in terms of the scale of the variable index.  For example, if the GEP
 512   // implies an offset of "12 + i*4", then we can codegen this as "3 + i",
 513   // because the expression will cross zero at the same point.
 514   unsigned i, e = GEP->getNumOperands();
 515   int64_t Offset = 0;
 516   for (i = 1; i != e; ++i, ++GTI) {
 517     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i))) {
 518       // Compute the aggregate offset of constant indices.
 519       if (CI->isZero()) continue;
 520
 521       // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
 522       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 523         Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
 524       } else {
 525         uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 526         Offset += Size*CI->getSExtValue();
 527       }
 528     } else {
 529       // Found our variable index.
 530       break;
 531     }
 532   }
 533
 534   // If there are no variable indices, we must have a constant offset, just
 535   // evaluate it the general way.
 536   if (i == e) return nullptr;
 537
 538   Value *VariableIdx = GEP->getOperand(i);
 539   // Determine the scale factor of the variable element.  For example, this is
 540   // 4 if the variable index is into an array of i32.
 541   uint64_t VariableScale = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 542
 543   // Verify that there are no other variable indices.  If so, emit the hard way.
 544   for (++i, ++GTI; i != e; ++i, ++GTI) {
 545     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
 546     if (!CI) return nullptr;
 547
 548     // Compute the aggregate offset of constant indices.
 549     if (CI->isZero()) continue;
 550
 551     // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
 552     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 553       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(CI->getZExtValue());
 554     } else {
 555       uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 556       Offset += Size*CI->getSExtValue();
 557     }
 558   }
 559
 560   // Okay, we know we have a single variable index, which must be a
 561   // pointer/array/vector index.  If there is no offset, life is simple, return
 562   // the index.
 563   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP->getOperand(0)->getType());
 564   unsigned IntPtrWidth = IntPtrTy->getIntegerBitWidth();
 565   if (Offset == 0) {
 566     // Cast to intptrty in case a truncation occurs.  If an extension is needed,
 567     // we don't need to bother extending: the extension won't affect where the
 568     // computation crosses zero.
 569     if (VariableIdx->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > IntPtrWidth) {
 570       VariableIdx = IC.Builder->CreateTrunc(VariableIdx, IntPtrTy);
 571     }
 572     return VariableIdx;
 573   }
 574
 575   // Otherwise, there is an index.  The computation we will do will be modulo
 576   // the pointer size, so get it.
 577   uint64_t PtrSizeMask = ~0ULL >> (64-IntPtrWidth);
 578
 579   Offset &= PtrSizeMask;
 580   VariableScale &= PtrSizeMask;
 581
 582   // To do this transformation, any constant index must be a multiple of the
 583   // variable scale factor.  For example, we can evaluate "12 + 4*i" as "3 + i",
 584   // but we can't evaluate "10 + 3*i" in terms of i.  Check that the offset is a
 585   // multiple of the variable scale.
 586   int64_t NewOffs = Offset / (int64_t)VariableScale;
 587   if (Offset != NewOffs*(int64_t)VariableScale)
 588     return nullptr;
 589
 590   // Okay, we can do this evaluation.  Start by converting the index to intptr.
 591   if (VariableIdx->getType() != IntPtrTy)
 592     VariableIdx = IC.Builder->CreateIntCast(VariableIdx, IntPtrTy,
 593                                             true /*Signed*/);
 594   Constant *OffsetVal = ConstantInt::get(IntPtrTy, NewOffs);
 595   return IC.Builder->CreateAdd(VariableIdx, OffsetVal, "offset");
 596 }
 597
 598 /// FoldGEPICmp - Fold comparisons between a GEP instruction and something
 599 /// else.  At this point we know that the GEP is on the LHS of the comparison.
 600 Instruction *InstCombiner::FoldGEPICmp(GEPOperator *GEPLHS, Value *RHS,
 601                                        ICmpInst::Predicate Cond,
 602                                        Instruction &I) {
 603   // Don't transform signed compares of GEPs into index compares. Even if the
 604   // GEP is inbounds, the final add of the base pointer can have signed overflow
 605   // and would change the result of the icmp.
 606   // e.g. "&foo[0] <s &foo[1]" can't be folded to "true" because "foo" could be
 607   // the maximum signed value for the pointer type.
 608   if (ICmpInst::isSigned(Cond))
 609     return nullptr;
 610
 611   // Look through bitcasts and addrspacecasts. We do not however want to remove
 612   // 0 GEPs.
 613   if (!isa<GetElementPtrInst>(RHS))
 614     RHS = RHS->stripPointerCasts();
 615
 616   Value *PtrBase = GEPLHS->getOperand(0);
 617   if (PtrBase == RHS && GEPLHS->isInBounds()) {
 618     // ((gep Ptr, OFFSET) cmp Ptr)   ---> (OFFSET cmp 0).
 619     // This transformation (ignoring the base and scales) is valid because we
 620     // know pointers can't overflow since the gep is inbounds.  See if we can
 621     // output an optimized form.
 622     Value *Offset = EvaluateGEPOffsetExpression(GEPLHS, *this, DL);
 623
 624     // If not, synthesize the offset the hard way.
 625     if (!Offset)
 626       Offset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
 627     return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), Offset,
 628                         Constant::getNullValue(Offset->getType()));
 629   } else if (GEPOperator *GEPRHS = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
 630     // If the base pointers are different, but the indices are the same, just
 631     // compare the base pointer.
 632     if (PtrBase != GEPRHS->getOperand(0)) {
 633       bool IndicesTheSame = GEPLHS->getNumOperands()==GEPRHS->getNumOperands();
 634       IndicesTheSame &= GEPLHS->getOperand(0)->getType() ==
 635                         GEPRHS->getOperand(0)->getType();
 636       if (IndicesTheSame)
 637         for (unsigned i = 1, e = GEPLHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
 638           if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
 639             IndicesTheSame = false;
 640             break;
 641           }
 642
 643       // If all indices are the same, just compare the base pointers.
 644       if (IndicesTheSame)
 645         return new ICmpInst(Cond, GEPLHS->getOperand(0), GEPRHS->getOperand(0));
 646
 647       // If we're comparing GEPs with two base pointers that only differ in type
 648       // and both GEPs have only constant indices or just one use, then fold
 649       // the compare with the adjusted indices.
 650       if (GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds() &&
 651           (GEPLHS->hasAllConstantIndices() || GEPLHS->hasOneUse()) &&
 652           (GEPRHS->hasAllConstantIndices() || GEPRHS->hasOneUse()) &&
 653           PtrBase->stripPointerCasts() ==
 654               GEPRHS->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
 655         Value *LOffset = EmitGEPOffset(GEPLHS);
 656         Value *ROffset = EmitGEPOffset(GEPRHS);
 657
 658         // If we looked through an addrspacecast between different sized address
 659         // spaces, the LHS and RHS pointers are different sized
 660         // integers. Truncate to the smaller one.
 661         Type *LHSIndexTy = LOffset->getType();
 662         Type *RHSIndexTy = ROffset->getType();
 663         if (LHSIndexTy != RHSIndexTy) {
 664           if (LHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits() <
 665               RHSIndexTy->getPrimitiveSizeInBits()) {
 666             ROffset = Builder->CreateTrunc(ROffset, LHSIndexTy);
 667           } else
 668             LOffset = Builder->CreateTrunc(LOffset, RHSIndexTy);
 669         }
 670
 671         Value *Cmp = Builder->CreateICmp(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond),
 672                                          LOffset, ROffset);
 673         return ReplaceInstUsesWith(I, Cmp);
 674       }
 675
 676       // Otherwise, the base pointers are different and the indices are
 677       // different, bail out.
 678       return nullptr;
 679     }
 680
 681     // If one of the GEPs has all zero indices, recurse.
 682     if (GEPLHS->hasAllZeroIndices())
 683       return FoldGEPICmp(GEPRHS, GEPLHS->getOperand(0),
 684                          ICmpInst::getSwappedPredicate(Cond), I);
 685
 686     // If the other GEP has all zero indices, recurse.
 687     if (GEPRHS->hasAllZeroIndices())
 688       return FoldGEPICmp(GEPLHS, GEPRHS->getOperand(0), Cond, I);
 689
 690     bool GEPsInBounds = GEPLHS->isInBounds() && GEPRHS->isInBounds();
 691     if (GEPLHS->getNumOperands() == GEPRHS->getNumOperands()) {
 692       // If the GEPs only differ by one index, compare it.
 693       unsigned NumDifferences = 0;  // Keep track of # differences.
 694       unsigned DiffOperand = 0;     // The operand that differs.
 695       for (unsigned i = 1, e = GEPRHS->getNumOperands(); i != e; ++i)
 696         if (GEPLHS->getOperand(i) != GEPRHS->getOperand(i)) {
 697           if (GEPLHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits() !=
 698                    GEPRHS->getOperand(i)->getType()->getPrimitiveSizeInBits()) {
 699             // Irreconcilable differences.
 700             NumDifferences = 2;
 701             break;
 702           } else {
 703             if (NumDifferences++) break;
 704             DiffOperand = i;
 705           }
 706         }
 707
 708       if (NumDifferences == 0)   // SAME GEP?
 709         return ReplaceInstUsesWith(I, // No comparison is needed here.
 710                              Builder->getInt1(ICmpInst::isTrueWhenEqual(Cond)));
 711
 712       else if (NumDifferences == 1 && GEPsInBounds) {
 713         Value *LHSV = GEPLHS->getOperand(DiffOperand);
 714         Value *RHSV = GEPRHS->getOperand(DiffOperand);
 715         // Make sure we do a signed comparison here.
 716         return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), LHSV, RHSV);
 717       }
 718     }
 719
 720     // Only lower this if the icmp is the only user of the GEP or if we expect
 721     // the result to fold to a constant!
 722     if (GEPsInBounds && (isa<ConstantExpr>(GEPLHS) || GEPLHS->hasOneUse()) &&
 723         (isa<ConstantExpr>(GEPRHS) || GEPRHS->hasOneUse())) {
 724       // ((gep Ptr, OFFSET1) cmp (gep Ptr, OFFSET2)  --->  (OFFSET1 cmp OFFSET2)
 725       Value *L = EmitGEPOffset(GEPLHS);
 726       Value *R = EmitGEPOffset(GEPRHS);
 727       return new ICmpInst(ICmpInst::getSignedPredicate(Cond), L, R);
 728     }
 729   }
 730   return nullptr;
 731 }
 732
 733 Instruction *InstCombiner::FoldAllocaCmp(ICmpInst &ICI, AllocaInst *Alloca,
 734                                          Value *Other) {
 735   assert(ICI.isEquality() && "Cannot fold non-equality comparison.");
 736
 737   // It would be tempting to fold away comparisons between allocas and any
 738   // pointer not based on that alloca (e.g. an argument). However, even
 739   // though such pointers cannot alias, they can still compare equal.
 740   //
 741   // But LLVM doesn't specify where allocas get their memory, so if the alloca
 742   // doesn't escape we can argue that it's impossible to guess its value, and we
 743   // can therefore act as if any such guesses are wrong.
 744   //
 745   // The code below checks that the alloca doesn't escape, and that it's only
 746   // used in a comparison once (the current instruction). The
 747   // single-comparison-use condition ensures that we're trivially folding all
 748   // comparisons against the alloca consistently, and avoids the risk of
 749   // erroneously folding a comparison of the pointer with itself.
 750
 751   unsigned MaxIter = 32; // Break cycles and bound to constant-time.
 752
 753   SmallVector<Use *, 32> Worklist;
 754   for (Use &U : Alloca->uses()) {
 755     if (Worklist.size() >= MaxIter)
 756       return nullptr;
 757     Worklist.push_back(&U);
 758   }
 759
 760   unsigned NumCmps = 0;
 761   while (!Worklist.empty()) {
 762     assert(Worklist.size() <= MaxIter);
 763     Use *U = Worklist.pop_back_val();
 764     Value *V = U->getUser();
 765     --MaxIter;
 766
 767     if (isa<BitCastInst>(V) || isa<GetElementPtrInst>(V) || isa<PHINode>(V) ||
 768         isa<SelectInst>(V)) {
 769       // Track the uses.
 770     } else if (isa<LoadInst>(V)) {
 771       // Loading from the pointer doesn't escape it.
 772       continue;
 773     } else if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(V)) {
 774       // Storing *to* the pointer is fine, but storing the pointer escapes it.
 775       if (SI->getValueOperand() == U->get())
 776         return nullptr;
 777       continue;
 778     } else if (isa<ICmpInst>(V)) {
 779       if (NumCmps++)
 780         return nullptr; // Found more than one cmp.
 781       continue;
 782     } else if (auto *Intrin = dyn_cast<IntrinsicInst>(V)) {
 783       switch (Intrin->getIntrinsicID()) {
 784         // These intrinsics don't escape or compare the pointer. Memset is safe
 785         // because we don't allow ptrtoint. Memcpy and memmove are safe because
 786         // we don't allow stores, so src cannot point to V.
 787         case Intrinsic::lifetime_start: case Intrinsic::lifetime_end:
 788         case Intrinsic::dbg_declare: case Intrinsic::dbg_value:
 789         case Intrinsic::memcpy: case Intrinsic::memmove: case Intrinsic::memset:
 790           continue;
 791         default:
 792           return nullptr;
 793       }
 794     } else {
 795       return nullptr;
 796     }
 797     for (Use &U : V->uses()) {
 798       if (Worklist.size() >= MaxIter)
 799         return nullptr;
 800       Worklist.push_back(&U);
 801     }
 802   }
 803
 804   Type *CmpTy = CmpInst::makeCmpResultType(Other->getType());
 805   return ReplaceInstUsesWith(
 806       ICI,
 807       ConstantInt::get(CmpTy, !CmpInst::isTrueWhenEqual(ICI.getPredicate())));
 808 }
 809
 810 /// FoldICmpAddOpCst - Fold "icmp pred (X+CI), X".
 811 Instruction *InstCombiner::FoldICmpAddOpCst(Instruction &ICI,
 812                                             Value *X, ConstantInt *CI,
 813                                             ICmpInst::Predicate Pred) {
 814   // From this point on, we know that (X+C <= X) --> (X+C < X) because C != 0,
 815   // so the values can never be equal.  Similarly for all other "or equals"
 816   // operators.
 817
 818   // (X+1) <u X        --> X >u (MAXUINT-1)        --> X == 255
 819   // (X+2) <u X        --> X >u (MAXUINT-2)        --> X > 253
 820   // (X+MAXUINT) <u X  --> X >u (MAXUINT-MAXUINT)  --> X != 0
 821   if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT || Pred == ICmpInst::ICMP_ULE) {
 822     Value *R =
 823       ConstantExpr::getSub(ConstantInt::getAllOnesValue(CI->getType()), CI);
 824     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X, R);
 825   }
 826
 827   // (X+1) >u X        --> X <u (0-1)        --> X != 255
 828   // (X+2) >u X        --> X <u (0-2)        --> X <u 254
 829   // (X+MAXUINT) >u X  --> X <u (0-MAXUINT)  --> X <u 1  --> X == 0
 830   if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT || Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
 831     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X, ConstantExpr::getNeg(CI));
 832
 833   unsigned BitWidth = CI->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 834   ConstantInt *SMax = ConstantInt::get(X->getContext(),
 835                                        APInt::getSignedMaxValue(BitWidth));
 836
 837   // (X+ 1) <s X       --> X >s (MAXSINT-1)          --> X == 127
 838   // (X+ 2) <s X       --> X >s (MAXSINT-2)          --> X >s 125
 839   // (X+MAXSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MAXSINT)    --> X >s 0
 840   // (X+MINSINT) <s X  --> X >s (MAXSINT-MINSINT)    --> X >s -1
 841   // (X+ -2) <s X      --> X >s (MAXSINT- -2)        --> X >s 126
 842   // (X+ -1) <s X      --> X >s (MAXSINT- -1)        --> X != 127
 843   if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
 844     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, X, ConstantExpr::getSub(SMax, CI));
 845
 846   // (X+ 1) >s X       --> X <s (MAXSINT-(1-1))       --> X != 127
 847   // (X+ 2) >s X       --> X <s (MAXSINT-(2-1))       --> X <s 126
 848   // (X+MAXSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MAXSINT-1)) --> X <s 1
 849   // (X+MINSINT) >s X  --> X <s (MAXSINT-(MINSINT-1)) --> X <s -2
 850   // (X+ -2) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-2-1))      --> X <s -126
 851   // (X+ -1) >s X      --> X <s (MAXSINT-(-1-1))      --> X == -128
 852
 853   assert(Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE);
 854   Constant *C = Builder->getInt(CI->getValue()-1);
 855   return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, X, ConstantExpr::getSub(SMax, C));
 856 }
 857
 858 /// FoldICmpDivCst - Fold "icmp pred, ([su]div X, DivRHS), CmpRHS" where DivRHS
 859 /// and CmpRHS are both known to be integer constants.
 860 Instruction *InstCombiner::FoldICmpDivCst(ICmpInst &ICI, BinaryOperator *DivI,
 861                                           ConstantInt *DivRHS) {
 862   ConstantInt *CmpRHS = cast<ConstantInt>(ICI.getOperand(1));
 863   const APInt &CmpRHSV = CmpRHS->getValue();
 864
 865   // FIXME: If the operand types don't match the type of the divide
 866   // then don't attempt this transform. The code below doesn't have the
 867   // logic to deal with a signed divide and an unsigned compare (and
 868   // vice versa). This is because (x /s C1) <s C2  produces different
 869   // results than (x /s C1) <u C2 or (x /u C1) <s C2 or even
 870   // (x /u C1) <u C2.  Simply casting the operands and result won't
 871   // work. :(  The if statement below tests that condition and bails
 872   // if it finds it.
 873   bool DivIsSigned = DivI->getOpcode() == Instruction::SDiv;
 874   if (!ICI.isEquality() && DivIsSigned != ICI.isSigned())
 875     return nullptr;
 876   if (DivRHS->isZero())
 877     return nullptr; // The ProdOV computation fails on divide by zero.
 878   if (DivIsSigned && DivRHS->isAllOnesValue())
 879     return nullptr; // The overflow computation also screws up here
 880   if (DivRHS->isOne()) {
 881     // This eliminates some funny cases with INT_MIN.
 882     ICI.setOperand(0, DivI->getOperand(0));   // X/1 == X.
 883     return &ICI;
 884   }
 885
 886   // Compute Prod = CI * DivRHS. We are essentially solving an equation
 887   // of form X/C1=C2. We solve for X by multiplying C1 (DivRHS) and
 888   // C2 (CI). By solving for X we can turn this into a range check
 889   // instead of computing a divide.
 890   Constant *Prod = ConstantExpr::getMul(CmpRHS, DivRHS);
 891
 892   // Determine if the product overflows by seeing if the product is
 893   // not equal to the divide. Make sure we do the same kind of divide
 894   // as in the LHS instruction that we're folding.
 895   bool ProdOV = (DivIsSigned ? ConstantExpr::getSDiv(Prod, DivRHS) :
 896                  ConstantExpr::getUDiv(Prod, DivRHS)) != CmpRHS;
 897
 898   // Get the ICmp opcode
 899   ICmpInst::Predicate Pred = ICI.getPredicate();
 900
 901   /// If the division is known to be exact, then there is no remainder from the
 902   /// divide, so the covered range size is unit, otherwise it is the divisor.
 903   ConstantInt *RangeSize = DivI->isExact() ? getOne(Prod) : DivRHS;
 904
 905   // Figure out the interval that is being checked.  For example, a comparison
 906   // like "X /u 5 == 0" is really checking that X is in the interval [0, 5).
 907   // Compute this interval based on the constants involved and the signedness of
 908   // the compare/divide.  This computes a half-open interval, keeping track of
 909   // whether either value in the interval overflows.  After analysis each
 910   // overflow variable is set to 0 if it's corresponding bound variable is valid
 911   // -1 if overflowed off the bottom end, or +1 if overflowed off the top end.
 912   int LoOverflow = 0, HiOverflow = 0;
 913   Constant *LoBound = nullptr, *HiBound = nullptr;
 914
 915   if (!DivIsSigned) {  // udiv
 916     // e.g. X/5 op 3  --> [15, 20)
 917     LoBound = Prod;
 918     HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
 919     if (!HiOverflow) {
 920       // If this is not an exact divide, then many values in the range collapse
 921       // to the same result value.
 922       HiOverflow = AddWithOverflow(HiBound, LoBound, RangeSize, false);
 923     }
 924   } else if (DivRHS->getValue().isStrictlyPositive()) { // Divisor is > 0.
 925     if (CmpRHSV == 0) {       // (X / pos) op 0
 926       // Can't overflow.  e.g.  X/2 op 0 --> [-1, 2)
 927       LoBound = ConstantExpr::getNeg(SubOne(RangeSize));
 928       HiBound = RangeSize;
 929     } else if (CmpRHSV.isStrictlyPositive()) {   // (X / pos) op pos
 930       LoBound = Prod;     // e.g.   X/5 op 3 --> [15, 20)
 931       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV;
 932       if (!HiOverflow)
 933         HiOverflow = AddWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
 934     } else {                       // (X / pos) op neg
 935       // e.g. X/5 op -3  --> [-15-4, -15+1) --> [-19, -14)
 936       HiBound = AddOne(Prod);
 937       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
 938       if (!LoOverflow) {
 939         ConstantInt *DivNeg =cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(RangeSize));
 940         LoOverflow = AddWithOverflow(LoBound, HiBound, DivNeg, true) ? -1 : 0;
 941       }
 942     }
 943   } else if (DivRHS->isNegative()) { // Divisor is < 0.
 944     if (DivI->isExact())
 945       RangeSize = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(RangeSize));
 946     if (CmpRHSV == 0) {       // (X / neg) op 0
 947       // e.g. X/-5 op 0  --> [-4, 5)
 948       LoBound = AddOne(RangeSize);
 949       HiBound = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(RangeSize));
 950       if (HiBound == DivRHS) {     // -INTMIN = INTMIN
 951         HiOverflow = 1;            // [INTMIN+1, overflow)
 952         HiBound = nullptr;         // e.g. X/INTMIN = 0 --> X > INTMIN
 953       }
 954     } else if (CmpRHSV.isStrictlyPositive()) {   // (X / neg) op pos
 955       // e.g. X/-5 op 3  --> [-19, -14)
 956       HiBound = AddOne(Prod);
 957       HiOverflow = LoOverflow = ProdOV ? -1 : 0;
 958       if (!LoOverflow)
 959         LoOverflow = AddWithOverflow(LoBound, HiBound, RangeSize, true) ? -1:0;
 960     } else {                       // (X / neg) op neg
 961       LoBound = Prod;       // e.g. X/-5 op -3  --> [15, 20)
 962       LoOverflow = HiOverflow = ProdOV;
 963       if (!HiOverflow)
 964         HiOverflow = SubWithOverflow(HiBound, Prod, RangeSize, true);
 965     }
 966
 967     // Dividing by a negative swaps the condition.  LT <-> GT
 968     Pred = ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred);
 969   }
 970
 971   Value *X = DivI->getOperand(0);
 972   switch (Pred) {
 973   default: llvm_unreachable("Unhandled icmp opcode!");
 974   case ICmpInst::ICMP_EQ:
 975     if (LoOverflow && HiOverflow)
 976       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
 977     if (HiOverflow)
 978       return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
 979                           ICmpInst::ICMP_UGE, X, LoBound);
 980     if (LoOverflow)
 981       return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
 982                           ICmpInst::ICMP_ULT, X, HiBound);
 983     return ReplaceInstUsesWith(ICI, InsertRangeTest(X, LoBound, HiBound,
 984                                                     DivIsSigned, true));
 985   case ICmpInst::ICMP_NE:
 986     if (LoOverflow && HiOverflow)
 987       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
 988     if (HiOverflow)
 989       return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SLT :
 990                           ICmpInst::ICMP_ULT, X, LoBound);
 991     if (LoOverflow)
 992       return new ICmpInst(DivIsSigned ? ICmpInst::ICMP_SGE :
 993                           ICmpInst::ICMP_UGE, X, HiBound);
 994     return ReplaceInstUsesWith(ICI, InsertRangeTest(X, LoBound, HiBound,
 995                                                     DivIsSigned, false));
 996   case ICmpInst::ICMP_ULT:
 997   case ICmpInst::ICMP_SLT:
 998     if (LoOverflow == +1)   // Low bound is greater than input range.
 999       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
1000     if (LoOverflow == -1)   // Low bound is less than input range.
1001       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
1002     return new ICmpInst(Pred, X, LoBound);
1003   case ICmpInst::ICMP_UGT:
1004   case ICmpInst::ICMP_SGT:
1005     if (HiOverflow == +1)       // High bound greater than input range.
1006       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
1007     if (HiOverflow == -1)       // High bound less than input range.
1008       return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
1009     if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGT)
1010       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, X, HiBound);
1011     return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, X, HiBound);
1012   }
1013 }
1014
1015 /// FoldICmpShrCst - Handle "icmp(([al]shr X, cst1), cst2)".
1016 Instruction *InstCombiner::FoldICmpShrCst(ICmpInst &ICI, BinaryOperator *Shr,
1017                                           ConstantInt *ShAmt) {
1018   const APInt &CmpRHSV = cast<ConstantInt>(ICI.getOperand(1))->getValue();
1019
1020   // Check that the shift amount is in range.  If not, don't perform
1021   // undefined shifts.  When the shift is visited it will be
1022   // simplified.
1023   uint32_t TypeBits = CmpRHSV.getBitWidth();
1024   uint32_t ShAmtVal = (uint32_t)ShAmt->getLimitedValue(TypeBits);
1025   if (ShAmtVal >= TypeBits || ShAmtVal == 0)
1026     return nullptr;
1027
1028   if (!ICI.isEquality()) {
1029     // If we have an unsigned comparison and an ashr, we can't simplify this.
1030     // Similarly for signed comparisons with lshr.
1031     if (ICI.isSigned() != (Shr->getOpcode() == Instruction::AShr))
1032       return nullptr;
1033
1034     // Otherwise, all lshr and most exact ashr's are equivalent to a udiv/sdiv
1035     // by a power of 2.  Since we already have logic to simplify these,
1036     // transform to div and then simplify the resultant comparison.
1037     if (Shr->getOpcode() == Instruction::AShr &&
1038         (!Shr->isExact() || ShAmtVal == TypeBits - 1))
1039       return nullptr;
1040
1041     // Revisit the shift (to delete it).
1042     Worklist.Add(Shr);
1043
1044     Constant *DivCst =
1045       ConstantInt::get(Shr->getType(), APInt::getOneBitSet(TypeBits, ShAmtVal));
1046
1047     Value *Tmp =
1048       Shr->getOpcode() == Instruction::AShr ?
1049       Builder->CreateSDiv(Shr->getOperand(0), DivCst, "", Shr->isExact()) :
1050       Builder->CreateUDiv(Shr->getOperand(0), DivCst, "", Shr->isExact());
1051
1052     ICI.setOperand(0, Tmp);
1053
1054     // If the builder folded the binop, just return it.
1055     BinaryOperator *TheDiv = dyn_cast<BinaryOperator>(Tmp);
1056     if (!TheDiv)
1057       return &ICI;
1058
1059     // Otherwise, fold this div/compare.
1060     assert(TheDiv->getOpcode() == Instruction::SDiv ||
1061            TheDiv->getOpcode() == Instruction::UDiv);
1062
1063     Instruction *Res = FoldICmpDivCst(ICI, TheDiv, cast<ConstantInt>(DivCst));
1064     assert(Res && "This div/cst should have folded!");
1065     return Res;
1066   }
1067
1068   // If we are comparing against bits always shifted out, the
1069   // comparison cannot succeed.
1070   APInt Comp = CmpRHSV << ShAmtVal;
1071   ConstantInt *ShiftedCmpRHS = Builder->getInt(Comp);
1072   if (Shr->getOpcode() == Instruction::LShr)
1073     Comp = Comp.lshr(ShAmtVal);
1074   else
1075     Comp = Comp.ashr(ShAmtVal);
1076
1077   if (Comp != CmpRHSV) { // Comparing against a bit that we know is zero.
1078     bool IsICMP_NE = ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
1079     Constant *Cst = Builder->getInt1(IsICMP_NE);
1080     return ReplaceInstUsesWith(ICI, Cst);
1081   }
1082
1083   // Otherwise, check to see if the bits shifted out are known to be zero.
1084   // If so, we can compare against the unshifted value:
1085   //  (X & 4) >> 1 == 2  --> (X & 4) == 4.
1086   if (Shr->hasOneUse() && Shr->isExact())
1087     return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), Shr->getOperand(0), ShiftedCmpRHS);
1088
1089   if (Shr->hasOneUse()) {
1090     // Otherwise strength reduce the shift into an and.
1091     APInt Val(APInt::getHighBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmtVal));
1092     Constant *Mask = Builder->getInt(Val);
1093
1094     Value *And = Builder->CreateAnd(Shr->getOperand(0),
1095                                     Mask, Shr->getName()+".mask");
1096     return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), And, ShiftedCmpRHS);
1097   }
1098   return nullptr;
1099 }
1100
1101 /// FoldICmpCstShrCst - Handle "(icmp eq/ne (ashr/lshr const2, A), const1)" ->
1102 /// (icmp eq/ne A, Log2(const2/const1)) ->
1103 /// (icmp eq/ne A, Log2(const2) - Log2(const1)).
1104 Instruction *InstCombiner::FoldICmpCstShrCst(ICmpInst &I, Value *Op, Value *A,
1105                                              ConstantInt *CI1,
1106                                              ConstantInt *CI2) {
1107   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1108
1109   auto getConstant = [&I, this](bool IsTrue) {
1110     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1111       IsTrue = !IsTrue;
1112     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::get(I.getType(), IsTrue));
1113   };
1114
1115   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1116     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1117       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1118     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1119   };
1120
1121   APInt AP1 = CI1->getValue();
1122   APInt AP2 = CI2->getValue();
1123
1124   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1125   if (AP2 == 0)
1126     return nullptr;
1127   bool IsAShr = isa<AShrOperator>(Op);
1128   if (IsAShr) {
1129     if (AP2.isAllOnesValue())
1130       return nullptr;
1131     if (AP2.isNegative() != AP1.isNegative())
1132       return nullptr;
1133     if (AP2.sgt(AP1))
1134       return nullptr;
1135   }
1136
1137   if (!AP1)
1138     // 'A' must be large enough to shift out the highest set bit.
1139     return getICmp(I.ICMP_UGT, A,
1140                    ConstantInt::get(A->getType(), AP2.logBase2()));
1141
1142   if (AP1 == AP2)
1143     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1144
1145   int Shift;
1146   if (IsAShr && AP1.isNegative())
1147     Shift = AP1.countLeadingOnes() - AP2.countLeadingOnes();
1148   else
1149     Shift = AP1.countLeadingZeros() - AP2.countLeadingZeros();
1150
1151   if (Shift > 0) {
1152     if (IsAShr && AP1 == AP2.ashr(Shift)) {
1153       // There are multiple solutions if we are comparing against -1 and the LHS
1154       // of the ashr is not a power of two.
1155       if (AP1.isAllOnesValue() && !AP2.isPowerOf2())
1156         return getICmp(I.ICMP_UGE, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1157       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1158     } else if (AP1 == AP2.lshr(Shift)) {
1159       return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1160     }
1161   }
1162   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1163   return getConstant(false);
1164 }
1165
1166 /// FoldICmpCstShlCst - Handle "(icmp eq/ne (shl const2, A), const1)" ->
1167 /// (icmp eq/ne A, TrailingZeros(const1) - TrailingZeros(const2)).
1168 Instruction *InstCombiner::FoldICmpCstShlCst(ICmpInst &I, Value *Op, Value *A,
1169                                              ConstantInt *CI1,
1170                                              ConstantInt *CI2) {
1171   assert(I.isEquality() && "Cannot fold icmp gt/lt");
1172
1173   auto getConstant = [&I, this](bool IsTrue) {
1174     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1175       IsTrue = !IsTrue;
1176     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::get(I.getType(), IsTrue));
1177   };
1178
1179   auto getICmp = [&I](CmpInst::Predicate Pred, Value *LHS, Value *RHS) {
1180     if (I.getPredicate() == I.ICMP_NE)
1181       Pred = CmpInst::getInversePredicate(Pred);
1182     return new ICmpInst(Pred, LHS, RHS);
1183   };
1184
1185   APInt AP1 = CI1->getValue();
1186   APInt AP2 = CI2->getValue();
1187
1188   // Don't bother doing any work for cases which InstSimplify handles.
1189   if (AP2 == 0)
1190     return nullptr;
1191
1192   unsigned AP2TrailingZeros = AP2.countTrailingZeros();
1193
1194   if (!AP1 && AP2TrailingZeros != 0)
1195     return getICmp(I.ICMP_UGE, A,
1196                    ConstantInt::get(A->getType(), AP2.getBitWidth() - AP2TrailingZeros));
1197
1198   if (AP1 == AP2)
1199     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::getNullValue(A->getType()));
1200
1201   // Get the distance between the lowest bits that are set.
1202   int Shift = AP1.countTrailingZeros() - AP2TrailingZeros;
1203
1204   if (Shift > 0 && AP2.shl(Shift) == AP1)
1205     return getICmp(I.ICMP_EQ, A, ConstantInt::get(A->getType(), Shift));
1206
1207   // Shifting const2 will never be equal to const1.
1208   return getConstant(false);
1209 }
1210
1211 /// visitICmpInstWithInstAndIntCst - Handle "icmp (instr, intcst)".
1212 ///
1213 Instruction *InstCombiner::visitICmpInstWithInstAndIntCst(ICmpInst &ICI,
1214                                                           Instruction *LHSI,
1215                                                           ConstantInt *RHS) {
1216   const APInt &RHSV = RHS->getValue();
1217
1218   switch (LHSI->getOpcode()) {
1219   case Instruction::Trunc:
1220     if (RHS->isOne() && RHSV.getBitWidth() > 1) {
1221       // icmp slt trunc(signum(V)) 1 --> icmp slt V, 1
1222       Value *V = nullptr;
1223       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT &&
1224           match(LHSI->getOperand(0), m_Signum(m_Value(V))))
1225         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1226                             ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1227     }
1228     if (ICI.isEquality() && LHSI->hasOneUse()) {
1229       // Simplify icmp eq (trunc x to i8), 42 -> icmp eq x, 42|highbits if all
1230       // of the high bits truncated out of x are known.
1231       unsigned DstBits = LHSI->getType()->getPrimitiveSizeInBits(),
1232              SrcBits = LHSI->getOperand(0)->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1233       APInt KnownZero(SrcBits, 0), KnownOne(SrcBits, 0);
1234       computeKnownBits(LHSI->getOperand(0), KnownZero, KnownOne, 0, &ICI);
1235
1236       // If all the high bits are known, we can do this xform.
1237       if ((KnownZero|KnownOne).countLeadingOnes() >= SrcBits-DstBits) {
1238         // Pull in the high bits from known-ones set.
1239         APInt NewRHS = RHS->getValue().zext(SrcBits);
1240         NewRHS |= KnownOne & APInt::getHighBitsSet(SrcBits, SrcBits-DstBits);
1241         return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
1242                             Builder->getInt(NewRHS));
1243       }
1244     }
1245     break;
1246
1247   case Instruction::Xor:         // (icmp pred (xor X, XorCst), CI)
1248     if (ConstantInt *XorCst = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1))) {
1249       // If this is a comparison that tests the signbit (X < 0) or (x > -1),
1250       // fold the xor.
1251       if ((ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && RHSV == 0) ||
1252           (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT && RHSV.isAllOnesValue())) {
1253         Value *CompareVal = LHSI->getOperand(0);
1254
1255         // If the sign bit of the XorCst is not set, there is no change to
1256         // the operation, just stop using the Xor.
1257         if (!XorCst->isNegative()) {
1258           ICI.setOperand(0, CompareVal);
1259           Worklist.Add(LHSI);
1260           return &ICI;
1261         }
1262
1263         // Was the old condition true if the operand is positive?
1264         bool isTrueIfPositive = ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT;
1265
1266         // If so, the new one isn't.
1267         isTrueIfPositive ^= true;
1268
1269         if (isTrueIfPositive)
1270           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, CompareVal,
1271                               SubOne(RHS));
1272         else
1273           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, CompareVal,
1274                               AddOne(RHS));
1275       }
1276
1277       if (LHSI->hasOneUse()) {
1278         // (icmp u/s (xor A SignBit), C) -> (icmp s/u A, (xor C SignBit))
1279         if (!ICI.isEquality() && XorCst->getValue().isSignBit()) {
1280           const APInt &SignBit = XorCst->getValue();
1281           ICmpInst::Predicate Pred = ICI.isSigned()
1282                                          ? ICI.getUnsignedPredicate()
1283                                          : ICI.getSignedPredicate();
1284           return new ICmpInst(Pred, LHSI->getOperand(0),
1285                               Builder->getInt(RHSV ^ SignBit));
1286         }
1287
1288         // (icmp u/s (xor A ~SignBit), C) -> (icmp s/u (xor C ~SignBit), A)
1289         if (!ICI.isEquality() && XorCst->isMaxValue(true)) {
1290           const APInt &NotSignBit = XorCst->getValue();
1291           ICmpInst::Predicate Pred = ICI.isSigned()
1292                                          ? ICI.getUnsignedPredicate()
1293                                          : ICI.getSignedPredicate();
1294           Pred = ICI.getSwappedPredicate(Pred);
1295           return new ICmpInst(Pred, LHSI->getOperand(0),
1296                               Builder->getInt(RHSV ^ NotSignBit));
1297         }
1298       }
1299
1300       // (icmp ugt (xor X, C), ~C) -> (icmp ult X, C)
1301       //   iff -C is a power of 2
1302       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT &&
1303           XorCst->getValue() == ~RHSV && (RHSV + 1).isPowerOf2())
1304         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, LHSI->getOperand(0), XorCst);
1305
1306       // (icmp ult (xor X, C), -C) -> (icmp uge X, C)
1307       //   iff -C is a power of 2
1308       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT &&
1309           XorCst->getValue() == -RHSV && RHSV.isPowerOf2())
1310         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, LHSI->getOperand(0), XorCst);
1311     }
1312     break;
1313   case Instruction::And:         // (icmp pred (and X, AndCst), RHS)
1314     if (LHSI->hasOneUse() && isa<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1)) &&
1315         LHSI->getOperand(0)->hasOneUse()) {
1316       ConstantInt *AndCst = cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1));
1317
1318       // If the LHS is an AND of a truncating cast, we can widen the
1319       // and/compare to be the input width without changing the value
1320       // produced, eliminating a cast.
1321       if (TruncInst *Cast = dyn_cast<TruncInst>(LHSI->getOperand(0))) {
1322         // We can do this transformation if either the AND constant does not
1323         // have its sign bit set or if it is an equality comparison.
1324         // Extending a relational comparison when we're checking the sign
1325         // bit would not work.
1326         if (ICI.isEquality() ||
1327             (!AndCst->isNegative() && RHSV.isNonNegative())) {
1328           Value *NewAnd =
1329             Builder->CreateAnd(Cast->getOperand(0),
1330                                ConstantExpr::getZExt(AndCst, Cast->getSrcTy()));
1331           NewAnd->takeName(LHSI);
1332           return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), NewAnd,
1333                               ConstantExpr::getZExt(RHS, Cast->getSrcTy()));
1334         }
1335       }
1336
1337       // If the LHS is an AND of a zext, and we have an equality compare, we can
1338       // shrink the and/compare to the smaller type, eliminating the cast.
1339       if (ZExtInst *Cast = dyn_cast<ZExtInst>(LHSI->getOperand(0))) {
1340         IntegerType *Ty = cast<IntegerType>(Cast->getSrcTy());
1341         // Make sure we don't compare the upper bits, SimplifyDemandedBits
1342         // should fold the icmp to true/false in that case.
1343         if (ICI.isEquality() && RHSV.getActiveBits() <= Ty->getBitWidth()) {
1344           Value *NewAnd =
1345             Builder->CreateAnd(Cast->getOperand(0),
1346                                ConstantExpr::getTrunc(AndCst, Ty));
1347           NewAnd->takeName(LHSI);
1348           return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), NewAnd,
1349                               ConstantExpr::getTrunc(RHS, Ty));
1350         }
1351       }
1352
1353       // If this is: (X >> C1) & C2 != C3 (where any shift and any compare
1354       // could exist), turn it into (X & (C2 << C1)) != (C3 << C1).  This
1355       // happens a LOT in code produced by the C front-end, for bitfield
1356       // access.
1357       BinaryOperator *Shift = dyn_cast<BinaryOperator>(LHSI->getOperand(0));
1358       if (Shift && !Shift->isShift())
1359         Shift = nullptr;
1360
1361       ConstantInt *ShAmt;
1362       ShAmt = Shift ? dyn_cast<ConstantInt>(Shift->getOperand(1)) : nullptr;
1363
1364       // This seemingly simple opportunity to fold away a shift turns out to
1365       // be rather complicated. See PR17827
1366       // ( http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=17827 ) for details.
1367       if (ShAmt) {
1368         bool CanFold = false;
1369         unsigned ShiftOpcode = Shift->getOpcode();
1370         if (ShiftOpcode == Instruction::AShr) {
1371           // There may be some constraints that make this possible,
1372           // but nothing simple has been discovered yet.
1373           CanFold = false;
1374         } else if (ShiftOpcode == Instruction::Shl) {
1375           // For a left shift, we can fold if the comparison is not signed.
1376           // We can also fold a signed comparison if the mask value and
1377           // comparison value are not negative. These constraints may not be
1378           // obvious, but we can prove that they are correct using an SMT
1379           // solver.
1380           if (!ICI.isSigned() || (!AndCst->isNegative() && !RHS->isNegative()))
1381             CanFold = true;
1382         } else if (ShiftOpcode == Instruction::LShr) {
1383           // For a logical right shift, we can fold if the comparison is not
1384           // signed. We can also fold a signed comparison if the shifted mask
1385           // value and the shifted comparison value are not negative.
1386           // These constraints may not be obvious, but we can prove that they
1387           // are correct using an SMT solver.
1388           if (!ICI.isSigned())
1389             CanFold = true;
1390           else {
1391             ConstantInt *ShiftedAndCst =
1392               cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getShl(AndCst, ShAmt));
1393             ConstantInt *ShiftedRHSCst =
1394               cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getShl(RHS, ShAmt));
1395
1396             if (!ShiftedAndCst->isNegative() && !ShiftedRHSCst->isNegative())
1397               CanFold = true;
1398           }
1399         }
1400
1401         if (CanFold) {
1402           Constant *NewCst;
1403           if (ShiftOpcode == Instruction::Shl)
1404             NewCst = ConstantExpr::getLShr(RHS, ShAmt);
1405           else
1406             NewCst = ConstantExpr::getShl(RHS, ShAmt);
1407
1408           // Check to see if we are shifting out any of the bits being
1409           // compared.
1410           if (ConstantExpr::get(ShiftOpcode, NewCst, ShAmt) != RHS) {
1411             // If we shifted bits out, the fold is not going to work out.
1412             // As a special case, check to see if this means that the
1413             // result is always true or false now.
1414             if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
1415               return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getFalse());
1416             if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE)
1417               return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getTrue());
1418           } else {
1419             ICI.setOperand(1, NewCst);
1420             Constant *NewAndCst;
1421             if (ShiftOpcode == Instruction::Shl)
1422               NewAndCst = ConstantExpr::getLShr(AndCst, ShAmt);
1423             else
1424               NewAndCst = ConstantExpr::getShl(AndCst, ShAmt);
1425             LHSI->setOperand(1, NewAndCst);
1426             LHSI->setOperand(0, Shift->getOperand(0));
1427             Worklist.Add(Shift); // Shift is dead.
1428             return &ICI;
1429           }
1430         }
1431       }
1432
1433       // Turn ((X >> Y) & C) == 0  into  (X & (C << Y)) == 0.  The later is
1434       // preferable because it allows the C<<Y expression to be hoisted out
1435       // of a loop if Y is invariant and X is not.
1436       if (Shift && Shift->hasOneUse() && RHSV == 0 &&
1437           ICI.isEquality() && !Shift->isArithmeticShift() &&
1438           !isa<Constant>(Shift->getOperand(0))) {
1439         // Compute C << Y.
1440         Value *NS;
1441         if (Shift->getOpcode() == Instruction::LShr) {
1442           NS = Builder->CreateShl(AndCst, Shift->getOperand(1));
1443         } else {
1444           // Insert a logical shift.
1445           NS = Builder->CreateLShr(AndCst, Shift->getOperand(1));
1446         }
1447
1448         // Compute X & (C << Y).
1449         Value *NewAnd =
1450           Builder->CreateAnd(Shift->getOperand(0), NS, LHSI->getName());
1451
1452         ICI.setOperand(0, NewAnd);
1453         return &ICI;
1454       }
1455
1456       // (icmp pred (and (or (lshr X, Y), X), 1), 0) -->
1457       //    (icmp pred (and X, (or (shl 1, Y), 1), 0))
1458       //
1459       // iff pred isn't signed
1460       {
1461         Value *X, *Y, *LShr;
1462         if (!ICI.isSigned() && RHSV == 0) {
1463           if (match(LHSI->getOperand(1), m_One())) {
1464             Constant *One = cast<Constant>(LHSI->getOperand(1));
1465             Value *Or = LHSI->getOperand(0);
1466             if (match(Or, m_Or(m_Value(LShr), m_Value(X))) &&
1467                 match(LShr, m_LShr(m_Specific(X), m_Value(Y)))) {
1468               unsigned UsesRemoved = 0;
1469               if (LHSI->hasOneUse())
1470                 ++UsesRemoved;
1471               if (Or->hasOneUse())
1472                 ++UsesRemoved;
1473               if (LShr->hasOneUse())
1474                 ++UsesRemoved;
1475               Value *NewOr = nullptr;
1476               // Compute X & ((1 << Y) | 1)
1477               if (auto *C = dyn_cast<Constant>(Y)) {
1478                 if (UsesRemoved >= 1)
1479                   NewOr =
1480                       ConstantExpr::getOr(ConstantExpr::getNUWShl(One, C), One);
1481               } else {
1482                 if (UsesRemoved >= 3)
1483                   NewOr = Builder->CreateOr(Builder->CreateShl(One, Y,
1484                                                                LShr->getName(),
1485                                                                /*HasNUW=*/true),
1486                                             One, Or->getName());
1487               }
1488               if (NewOr) {
1489                 Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(X, NewOr, LHSI->getName());
1490                 ICI.setOperand(0, NewAnd);
1491                 return &ICI;
1492               }
1493             }
1494           }
1495         }
1496       }
1497
1498       // Replace ((X & AndCst) > RHSV) with ((X & AndCst) != 0), if any
1499       // bit set in (X & AndCst) will produce a result greater than RHSV.
1500       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT) {
1501         unsigned NTZ = AndCst->getValue().countTrailingZeros();
1502         if ((NTZ < AndCst->getBitWidth()) &&
1503             APInt::getOneBitSet(AndCst->getBitWidth(), NTZ).ugt(RHSV))
1504           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, LHSI,
1505                               Constant::getNullValue(RHS->getType()));
1506       }
1507     }
1508
1509     // Try to optimize things like "A[i]&42 == 0" to index computations.
1510     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(LHSI->getOperand(0))) {
1511       if (GetElementPtrInst *GEP =
1512           dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0)))
1513         if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
1514           if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
1515               !LI->isVolatile() && isa<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1))) {
1516             ConstantInt *C = cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1));
1517             if (Instruction *Res = FoldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV,ICI, C))
1518               return Res;
1519           }
1520     }
1521
1522     // X & -C == -C -> X >  u ~C
1523     // X & -C != -C -> X <= u ~C
1524     //   iff C is a power of 2
1525     if (ICI.isEquality() && RHS == LHSI->getOperand(1) && (-RHSV).isPowerOf2())
1526       return new ICmpInst(
1527           ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ? ICmpInst::ICMP_UGT
1528                                                   : ICmpInst::ICMP_ULE,
1529           LHSI->getOperand(0), SubOne(RHS));
1530
1531     // (icmp eq (and %A, C), 0) -> (icmp sgt (trunc %A), -1)
1532     //   iff C is a power of 2
1533     if (ICI.isEquality() && LHSI->hasOneUse() && match(RHS, m_Zero())) {
1534       if (auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1))) {
1535         const APInt &AI = CI->getValue();
1536         int32_t ExactLogBase2 = AI.exactLogBase2();
1537         if (ExactLogBase2 != -1 && DL.isLegalInteger(ExactLogBase2 + 1)) {
1538           Type *NTy = IntegerType::get(ICI.getContext(), ExactLogBase2 + 1);
1539           Value *Trunc = Builder->CreateTrunc(LHSI->getOperand(0), NTy);
1540           return new ICmpInst(ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ
1541                                   ? ICmpInst::ICMP_SGE
1542                                   : ICmpInst::ICMP_SLT,
1543                               Trunc, Constant::getNullValue(NTy));
1544         }
1545       }
1546     }
1547     break;
1548
1549   case Instruction::Or: {
1550     if (RHS->isOne()) {
1551       // icmp slt signum(V) 1 --> icmp slt V, 1
1552       Value *V = nullptr;
1553       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT &&
1554           match(LHSI, m_Signum(m_Value(V))))
1555         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, V,
1556                             ConstantInt::get(V->getType(), 1));
1557     }
1558
1559     if (!ICI.isEquality() || !RHS->isNullValue() || !LHSI->hasOneUse())
1560       break;
1561     Value *P, *Q;
1562     if (match(LHSI, m_Or(m_PtrToInt(m_Value(P)), m_PtrToInt(m_Value(Q))))) {
1563       // Simplify icmp eq (or (ptrtoint P), (ptrtoint Q)), 0
1564       // -> and (icmp eq P, null), (icmp eq Q, null).
1565       Value *ICIP = Builder->CreateICmp(ICI.getPredicate(), P,
1566                                         Constant::getNullValue(P->getType()));
1567       Value *ICIQ = Builder->CreateICmp(ICI.getPredicate(), Q,
1568                                         Constant::getNullValue(Q->getType()));
1569       Instruction *Op;
1570       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
1571         Op = BinaryOperator::CreateAnd(ICIP, ICIQ);
1572       else
1573         Op = BinaryOperator::CreateOr(ICIP, ICIQ);
1574       return Op;
1575     }
1576     break;
1577   }
1578
1579   case Instruction::Mul: {       // (icmp pred (mul X, Val), CI)
1580     ConstantInt *Val = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1));
1581     if (!Val) break;
1582
1583     // If this is a signed comparison to 0 and the mul is sign preserving,
1584     // use the mul LHS operand instead.
1585     ICmpInst::Predicate pred = ICI.getPredicate();
1586     if (isSignTest(pred, RHS) && !Val->isZero() &&
1587         cast<BinaryOperator>(LHSI)->hasNoSignedWrap())
1588       return new ICmpInst(Val->isNegative() ?
1589                           ICmpInst::getSwappedPredicate(pred) : pred,
1590                           LHSI->getOperand(0),
1591                           Constant::getNullValue(RHS->getType()));
1592
1593     break;
1594   }
1595
1596   case Instruction::Shl: {       // (icmp pred (shl X, ShAmt), CI)
1597     uint32_t TypeBits = RHSV.getBitWidth();
1598     ConstantInt *ShAmt = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1));
1599     if (!ShAmt) {
1600       Value *X;
1601       // (1 << X) pred P2 -> X pred Log2(P2)
1602       if (match(LHSI, m_Shl(m_One(), m_Value(X)))) {
1603         bool RHSVIsPowerOf2 = RHSV.isPowerOf2();
1604         ICmpInst::Predicate Pred = ICI.getPredicate();
1605         if (ICI.isUnsigned()) {
1606           if (!RHSVIsPowerOf2) {
1607             // (1 << X) <  30 -> X <= 4
1608             // (1 << X) <= 30 -> X <= 4
1609             // (1 << X) >= 30 -> X >  4
1610             // (1 << X) >  30 -> X >  4
1611             if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1612               Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
1613             else if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1614               Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
1615           }
1616           unsigned RHSLog2 = RHSV.logBase2();
1617
1618           // (1 << X) >= 2147483648 -> X >= 31 -> X == 31
1619           // (1 << X) <  2147483648 -> X <  31 -> X != 31
1620           if (RHSLog2 == TypeBits-1) {
1621             if (Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
1622               Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
1623             else if (Pred == ICmpInst::ICMP_ULT)
1624               Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
1625           }
1626
1627           return new ICmpInst(Pred, X,
1628                               ConstantInt::get(RHS->getType(), RHSLog2));
1629         } else if (ICI.isSigned()) {
1630           if (RHSV.isAllOnesValue()) {
1631             // (1 << X) <= -1 -> X == 31
1632             if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1633               return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X,
1634                                   ConstantInt::get(RHS->getType(), TypeBits-1));
1635
1636             // (1 << X) >  -1 -> X != 31
1637             if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT)
1638               return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X,
1639                                   ConstantInt::get(RHS->getType(), TypeBits-1));
1640           } else if (!RHSV) {
1641             // (1 << X) <  0 -> X == 31
1642             // (1 << X) <= 0 -> X == 31
1643             if (Pred == ICmpInst::ICMP_SLT || Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
1644               return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X,
1645                                   ConstantInt::get(RHS->getType(), TypeBits-1));
1646
1647             // (1 << X) >= 0 -> X != 31
1648             // (1 << X) >  0 -> X != 31
1649             if (Pred == ICmpInst::ICMP_SGT || Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
1650               return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X,
1651                                   ConstantInt::get(RHS->getType(), TypeBits-1));
1652           }
1653         } else if (ICI.isEquality()) {
1654           if (RHSVIsPowerOf2)
1655             return new ICmpInst(
1656                 Pred, X, ConstantInt::get(RHS->getType(), RHSV.logBase2()));
1657         }
1658       }
1659       break;
1660     }
1661
1662     // Check that the shift amount is in range.  If not, don't perform
1663     // undefined shifts.  When the shift is visited it will be
1664     // simplified.
1665     if (ShAmt->uge(TypeBits))
1666       break;
1667
1668     if (ICI.isEquality()) {
1669       // If we are comparing against bits always shifted out, the
1670       // comparison cannot succeed.
1671       Constant *Comp =
1672         ConstantExpr::getShl(ConstantExpr::getLShr(RHS, ShAmt),
1673                                                                  ShAmt);
1674       if (Comp != RHS) {// Comparing against a bit that we know is zero.
1675         bool IsICMP_NE = ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
1676         Constant *Cst = Builder->getInt1(IsICMP_NE);
1677         return ReplaceInstUsesWith(ICI, Cst);
1678       }
1679
1680       // If the shift is NUW, then it is just shifting out zeros, no need for an
1681       // AND.
1682       if (cast<BinaryOperator>(LHSI)->hasNoUnsignedWrap())
1683         return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
1684                             ConstantExpr::getLShr(RHS, ShAmt));
1685
1686       // If the shift is NSW and we compare to 0, then it is just shifting out
1687       // sign bits, no need for an AND either.
1688       if (cast<BinaryOperator>(LHSI)->hasNoSignedWrap() && RHSV == 0)
1689         return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
1690                             ConstantExpr::getLShr(RHS, ShAmt));
1691
1692       if (LHSI->hasOneUse()) {
1693         // Otherwise strength reduce the shift into an and.
1694         uint32_t ShAmtVal = (uint32_t)ShAmt->getLimitedValue(TypeBits);
1695         Constant *Mask = Builder->getInt(APInt::getLowBitsSet(TypeBits,
1696                                                           TypeBits - ShAmtVal));
1697
1698         Value *And =
1699           Builder->CreateAnd(LHSI->getOperand(0),Mask, LHSI->getName()+".mask");
1700         return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), And,
1701                             ConstantExpr::getLShr(RHS, ShAmt));
1702       }
1703     }
1704
1705     // If this is a signed comparison to 0 and the shift is sign preserving,
1706     // use the shift LHS operand instead.
1707     ICmpInst::Predicate pred = ICI.getPredicate();
1708     if (isSignTest(pred, RHS) &&
1709         cast<BinaryOperator>(LHSI)->hasNoSignedWrap())
1710       return new ICmpInst(pred,
1711                           LHSI->getOperand(0),
1712                           Constant::getNullValue(RHS->getType()));
1713
1714     // Otherwise, if this is a comparison of the sign bit, simplify to and/test.
1715     bool TrueIfSigned = false;
1716     if (LHSI->hasOneUse() &&
1717         isSignBitCheck(ICI.getPredicate(), RHS, TrueIfSigned)) {
1718       // (X << 31) <s 0  --> (X&1) != 0
1719       Constant *Mask = ConstantInt::get(LHSI->getOperand(0)->getType(),
1720                                         APInt::getOneBitSet(TypeBits,
1721                                             TypeBits-ShAmt->getZExtValue()-1));
1722       Value *And =
1723         Builder->CreateAnd(LHSI->getOperand(0), Mask, LHSI->getName()+".mask");
1724       return new ICmpInst(TrueIfSigned ? ICmpInst::ICMP_NE : ICmpInst::ICMP_EQ,
1725                           And, Constant::getNullValue(And->getType()));
1726     }
1727
1728     // Transform (icmp pred iM (shl iM %v, N), CI)
1729     // -> (icmp pred i(M-N) (trunc %v iM to i(M-N)), (trunc (CI>>N))
1730     // Transform the shl to a trunc if (trunc (CI>>N)) has no loss and M-N.
1731     // This enables to get rid of the shift in favor of a trunc which can be
1732     // free on the target. It has the additional benefit of comparing to a
1733     // smaller constant, which will be target friendly.
1734     unsigned Amt = ShAmt->getLimitedValue(TypeBits-1);
1735     if (LHSI->hasOneUse() &&
1736         Amt != 0 && RHSV.countTrailingZeros() >= Amt) {
1737       Type *NTy = IntegerType::get(ICI.getContext(), TypeBits - Amt);
1738       Constant *NCI = ConstantExpr::getTrunc(
1739                         ConstantExpr::getAShr(RHS,
1740                           ConstantInt::get(RHS->getType(), Amt)),
1741                         NTy);
1742       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(),
1743                           Builder->CreateTrunc(LHSI->getOperand(0), NTy),
1744                           NCI);
1745     }
1746
1747     break;
1748   }
1749
1750   case Instruction::LShr:         // (icmp pred (shr X, ShAmt), CI)
1751   case Instruction::AShr: {
1752     // Handle equality comparisons of shift-by-constant.
1753     BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(LHSI);
1754     if (ConstantInt *ShAmt = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1))) {
1755       if (Instruction *Res = FoldICmpShrCst(ICI, BO, ShAmt))
1756         return Res;
1757     }
1758
1759     // Handle exact shr's.
1760     if (ICI.isEquality() && BO->isExact() && BO->hasOneUse()) {
1761       if (RHSV.isMinValue())
1762         return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0), RHS);
1763     }
1764     break;
1765   }
1766
1767   case Instruction::SDiv:
1768   case Instruction::UDiv:
1769     // Fold: icmp pred ([us]div X, C1), C2 -> range test
1770     // Fold this div into the comparison, producing a range check.
1771     // Determine, based on the divide type, what the range is being
1772     // checked.  If there is an overflow on the low or high side, remember
1773     // it, otherwise compute the range [low, hi) bounding the new value.
1774     // See: InsertRangeTest above for the kinds of replacements possible.
1775     if (ConstantInt *DivRHS = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1)))
1776       if (Instruction *R = FoldICmpDivCst(ICI, cast<BinaryOperator>(LHSI),
1777                                           DivRHS))
1778         return R;
1779     break;
1780
1781   case Instruction::Sub: {
1782     ConstantInt *LHSC = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(0));
1783     if (!LHSC) break;
1784     const APInt &LHSV = LHSC->getValue();
1785
1786     // C1-X <u C2 -> (X|(C2-1)) == C1
1787     //   iff C1 & (C2-1) == C2-1
1788     //       C2 is a power of 2
1789     if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT && LHSI->hasOneUse() &&
1790         RHSV.isPowerOf2() && (LHSV & (RHSV - 1)) == (RHSV - 1))
1791       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ,
1792                           Builder->CreateOr(LHSI->getOperand(1), RHSV - 1),
1793                           LHSC);
1794
1795     // C1-X >u C2 -> (X|C2) != C1
1796     //   iff C1 & C2 == C2
1797     //       C2+1 is a power of 2
1798     if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && LHSI->hasOneUse() &&
1799         (RHSV + 1).isPowerOf2() && (LHSV & RHSV) == RHSV)
1800       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE,
1801                           Builder->CreateOr(LHSI->getOperand(1), RHSV), LHSC);
1802     break;
1803   }
1804
1805   case Instruction::Add:
1806     // Fold: icmp pred (add X, C1), C2
1807     if (!ICI.isEquality()) {
1808       ConstantInt *LHSC = dyn_cast<ConstantInt>(LHSI->getOperand(1));
1809       if (!LHSC) break;
1810       const APInt &LHSV = LHSC->getValue();
1811
1812       ConstantRange CR = ICI.makeConstantRange(ICI.getPredicate(), RHSV)
1813                             .subtract(LHSV);
1814
1815       if (ICI.isSigned()) {
1816         if (CR.getLower().isSignBit()) {
1817           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, LHSI->getOperand(0),
1818                               Builder->getInt(CR.getUpper()));
1819         } else if (CR.getUpper().isSignBit()) {
1820           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, LHSI->getOperand(0),
1821                               Builder->getInt(CR.getLower()));
1822         }
1823       } else {
1824         if (CR.getLower().isMinValue()) {
1825           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, LHSI->getOperand(0),
1826                               Builder->getInt(CR.getUpper()));
1827         } else if (CR.getUpper().isMinValue()) {
1828           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGE, LHSI->getOperand(0),
1829                               Builder->getInt(CR.getLower()));
1830         }
1831       }
1832
1833       // X-C1 <u C2 -> (X & -C2) == C1
1834       //   iff C1 & (C2-1) == 0
1835       //       C2 is a power of 2
1836       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT && LHSI->hasOneUse() &&
1837           RHSV.isPowerOf2() && (LHSV & (RHSV - 1)) == 0)
1838         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ,
1839                             Builder->CreateAnd(LHSI->getOperand(0), -RHSV),
1840                             ConstantExpr::getNeg(LHSC));
1841
1842       // X-C1 >u C2 -> (X & ~C2) != C1
1843       //   iff C1 & C2 == 0
1844       //       C2+1 is a power of 2
1845       if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && LHSI->hasOneUse() &&
1846           (RHSV + 1).isPowerOf2() && (LHSV & RHSV) == 0)
1847         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE,
1848                             Builder->CreateAnd(LHSI->getOperand(0), ~RHSV),
1849                             ConstantExpr::getNeg(LHSC));
1850     }
1851     break;
1852   }
1853
1854   // Simplify icmp_eq and icmp_ne instructions with integer constant RHS.
1855   if (ICI.isEquality()) {
1856     bool isICMP_NE = ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE;
1857
1858     // If the first operand is (add|sub|and|or|xor|rem) with a constant, and
1859     // the second operand is a constant, simplify a bit.
1860     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(LHSI)) {
1861       switch (BO->getOpcode()) {
1862       case Instruction::SRem:
1863         // If we have a signed (X % (2^c)) == 0, turn it into an unsigned one.
1864         if (RHSV == 0 && isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)) &&BO->hasOneUse()){
1865           const APInt &V = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->getValue();
1866           if (V.sgt(1) && V.isPowerOf2()) {
1867             Value *NewRem =
1868               Builder->CreateURem(BO->getOperand(0), BO->getOperand(1),
1869                                   BO->getName());
1870             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), NewRem,
1871                                 Constant::getNullValue(BO->getType()));
1872           }
1873         }
1874         break;
1875       case Instruction::Add:
1876         // Replace ((add A, B) != C) with (A != C-B) if B & C are constants.
1877         if (ConstantInt *BOp1C = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1878           if (BO->hasOneUse())
1879             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0),
1880                                 ConstantExpr::getSub(RHS, BOp1C));
1881         } else if (RHSV == 0) {
1882           // Replace ((add A, B) != 0) with (A != -B) if A or B is
1883           // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
1884           Value *BOp0 = BO->getOperand(0), *BOp1 = BO->getOperand(1);
1885
1886           if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp1))
1887             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BOp0, NegVal);
1888           if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp0))
1889             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), NegVal, BOp1);
1890           if (BO->hasOneUse()) {
1891             Value *Neg = Builder->CreateNeg(BOp1);
1892             Neg->takeName(BO);
1893             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BOp0, Neg);
1894           }
1895         }
1896         break;
1897       case Instruction::Xor:
1898         // For the xor case, we can xor two constants together, eliminating
1899         // the explicit xor.
1900         if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1))) {
1901           return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0),
1902                               ConstantExpr::getXor(RHS, BOC));
1903         } else if (RHSV == 0) {
1904           // Replace ((xor A, B) != 0) with (A != B)
1905           return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0),
1906                               BO->getOperand(1));
1907         }
1908         break;
1909       case Instruction::Sub:
1910         // Replace ((sub A, B) != C) with (B != A-C) if A & C are constants.
1911         if (ConstantInt *BOp0C = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(0))) {
1912           if (BO->hasOneUse())
1913             return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(1),
1914                                 ConstantExpr::getSub(BOp0C, RHS));
1915         } else if (RHSV == 0) {
1916           // Replace ((sub A, B) != 0) with (A != B)
1917           return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0),
1918                               BO->getOperand(1));
1919         }
1920         break;
1921       case Instruction::Or:
1922         // If bits are being or'd in that are not present in the constant we
1923         // are comparing against, then the comparison could never succeed!
1924         if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1925           Constant *NotCI = ConstantExpr::getNot(RHS);
1926           if (!ConstantExpr::getAnd(BOC, NotCI)->isNullValue())
1927             return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getInt1(isICMP_NE));
1928         }
1929         break;
1930
1931       case Instruction::And:
1932         if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1933           // If bits are being compared against that are and'd out, then the
1934           // comparison can never succeed!
1935           if ((RHSV & ~BOC->getValue()) != 0)
1936             return ReplaceInstUsesWith(ICI, Builder->getInt1(isICMP_NE));
1937
1938           // If we have ((X & C) == C), turn it into ((X & C) != 0).
1939           if (RHS == BOC && RHSV.isPowerOf2())
1940             return new ICmpInst(isICMP_NE ? ICmpInst::ICMP_EQ :
1941                                 ICmpInst::ICMP_NE, LHSI,
1942                                 Constant::getNullValue(RHS->getType()));
1943
1944           // Don't perform the following transforms if the AND has multiple uses
1945           if (!BO->hasOneUse())
1946             break;
1947
1948           // Replace (and X, (1 << size(X)-1) != 0) with x s< 0
1949           if (BOC->getValue().isSignBit()) {
1950             Value *X = BO->getOperand(0);
1951             Constant *Zero = Constant::getNullValue(X->getType());
1952             ICmpInst::Predicate pred = isICMP_NE ?
1953               ICmpInst::ICMP_SLT : ICmpInst::ICMP_SGE;
1954             return new ICmpInst(pred, X, Zero);
1955           }
1956
1957           // ((X & ~7) == 0) --> X < 8
1958           if (RHSV == 0 && isHighOnes(BOC)) {
1959             Value *X = BO->getOperand(0);
1960             Constant *NegX = ConstantExpr::getNeg(BOC);
1961             ICmpInst::Predicate pred = isICMP_NE ?
1962               ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_ULT;
1963             return new ICmpInst(pred, X, NegX);
1964           }
1965         }
1966         break;
1967       case Instruction::Mul:
1968         if (RHSV == 0 && BO->hasNoSignedWrap()) {
1969           if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1970             // The trivial case (mul X, 0) is handled by InstSimplify
1971             // General case : (mul X, C) != 0 iff X != 0
1972             //                (mul X, C) == 0 iff X == 0
1973             if (!BOC->isZero())
1974               return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), BO->getOperand(0),
1975                                   Constant::getNullValue(RHS->getType()));
1976           }
1977         }
1978         break;
1979       default: break;
1980       }
1981     } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(LHSI)) {
1982       // Handle icmp {eq|ne} <intrinsic>, intcst.
1983       switch (II->getIntrinsicID()) {
1984       case Intrinsic::bswap:
1985         Worklist.Add(II);
1986         ICI.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
1987         ICI.setOperand(1, Builder->getInt(RHSV.byteSwap()));
1988         return &ICI;
1989       case Intrinsic::ctlz:
1990       case Intrinsic::cttz:
1991         // ctz(A) == bitwidth(a)  ->  A == 0 and likewise for !=
1992         if (RHSV == RHS->getType()->getBitWidth()) {
1993           Worklist.Add(II);
1994           ICI.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
1995           ICI.setOperand(1, ConstantInt::get(RHS->getType(), 0));
1996           return &ICI;
1997         }
1998         break;
1999       case Intrinsic::ctpop:
2000         // popcount(A) == 0  ->  A == 0 and likewise for !=
2001         if (RHS->isZero()) {
2002           Worklist.Add(II);
2003           ICI.setOperand(0, II->getArgOperand(0));
2004           ICI.setOperand(1, RHS);
2005           return &ICI;
2006         }
2007         break;
2008       default:
2009         break;
2010       }
2011     }
2012   }
2013   return nullptr;
2014 }
2015
2016 /// visitICmpInstWithCastAndCast - Handle icmp (cast x to y), (cast/cst).
2017 /// We only handle extending casts so far.
2018 ///
2019 Instruction *InstCombiner::visitICmpInstWithCastAndCast(ICmpInst &ICI) {
2020   const CastInst *LHSCI = cast<CastInst>(ICI.getOperand(0));
2021   Value *LHSCIOp        = LHSCI->getOperand(0);
2022   Type *SrcTy     = LHSCIOp->getType();
2023   Type *DestTy    = LHSCI->getType();
2024   Value *RHSCIOp;
2025
2026   // Turn icmp (ptrtoint x), (ptrtoint/c) into a compare of the input if the
2027   // integer type is the same size as the pointer type.
2028   if (LHSCI->getOpcode() == Instruction::PtrToInt &&
2029       DL.getPointerTypeSizeInBits(SrcTy) == DestTy->getIntegerBitWidth()) {
2030     Value *RHSOp = nullptr;
2031     if (PtrToIntOperator *RHSC = dyn_cast<PtrToIntOperator>(ICI.getOperand(1))) {
2032       Value *RHSCIOp = RHSC->getOperand(0);
2033       if (RHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace() ==
2034           LHSCIOp->getType()->getPointerAddressSpace()) {
2035         RHSOp = RHSC->getOperand(0);
2036         // If the pointer types don't match, insert a bitcast.
2037         if (LHSCIOp->getType() != RHSOp->getType())
2038           RHSOp = Builder->CreateBitCast(RHSOp, LHSCIOp->getType());
2039       }
2040     } else if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(ICI.getOperand(1)))
2041       RHSOp = ConstantExpr::getIntToPtr(RHSC, SrcTy);
2042
2043     if (RHSOp)
2044       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSCIOp, RHSOp);
2045   }
2046
2047   // The code below only handles extension cast instructions, so far.
2048   // Enforce this.
2049   if (LHSCI->getOpcode() != Instruction::ZExt &&
2050       LHSCI->getOpcode() != Instruction::SExt)
2051     return nullptr;
2052
2053   bool isSignedExt = LHSCI->getOpcode() == Instruction::SExt;
2054   bool isSignedCmp = ICI.isSigned();
2055
2056   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(ICI.getOperand(1))) {
2057     // Not an extension from the same type?
2058     RHSCIOp = CI->getOperand(0);
2059     if (RHSCIOp->getType() != LHSCIOp->getType())
2060       return nullptr;
2061
2062     // If the signedness of the two casts doesn't agree (i.e. one is a sext
2063     // and the other is a zext), then we can't handle this.
2064     if (CI->getOpcode() != LHSCI->getOpcode())
2065       return nullptr;
2066
2067     // Deal with equality cases early.
2068     if (ICI.isEquality())
2069       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
2070
2071     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
2072     // signed comparison.
2073     if (isSignedCmp && isSignedExt)
2074       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
2075
2076     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
2077     return new ICmpInst(ICI.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, RHSCIOp);
2078   }
2079
2080   // If we aren't dealing with a constant on the RHS, exit early
2081   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(ICI.getOperand(1));
2082   if (!CI)
2083     return nullptr;
2084
2085   // Compute the constant that would happen if we truncated to SrcTy then
2086   // reextended to DestTy.
2087   Constant *Res1 = ConstantExpr::getTrunc(CI, SrcTy);
2088   Constant *Res2 = ConstantExpr::getCast(LHSCI->getOpcode(),
2089                                                 Res1, DestTy);
2090
2091   // If the re-extended constant didn't change...
2092   if (Res2 == CI) {
2093     // Deal with equality cases early.
2094     if (ICI.isEquality())
2095       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
2096
2097     // A signed comparison of sign extended values simplifies into a
2098     // signed comparison.
2099     if (isSignedExt && isSignedCmp)
2100       return new ICmpInst(ICI.getPredicate(), LHSCIOp, Res1);
2101
2102     // The other three cases all fold into an unsigned comparison.
2103     return new ICmpInst(ICI.getUnsignedPredicate(), LHSCIOp, Res1);
2104   }
2105
2106   // The re-extended constant changed so the constant cannot be represented
2107   // in the shorter type. Consequently, we cannot emit a simple comparison.
2108   // All the cases that fold to true or false will have already been handled
2109   // by SimplifyICmpInst, so only deal with the tricky case.
2110
2111   if (isSignedCmp || !isSignedExt)
2112     return nullptr;
2113
2114   // Evaluate the comparison for LT (we invert for GT below). LE and GE cases
2115   // should have been folded away previously and not enter in here.
2116
2117   // We're performing an unsigned comp with a sign extended value.
2118   // This is true if the input is >= 0. [aka >s -1]
2119   Constant *NegOne = Constant::getAllOnesValue(SrcTy);
2120   Value *Result = Builder->CreateICmpSGT(LHSCIOp, NegOne, ICI.getName());
2121
2122   // Finally, return the value computed.
2123   if (ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT)
2124     return ReplaceInstUsesWith(ICI, Result);
2125
2126   assert(ICI.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT && "ICmp should be folded!");
2127   return BinaryOperator::CreateNot(Result);
2128 }
2129
2130 /// ProcessUGT_ADDCST_ADD - The caller has matched a pattern of the form:
2131 ///   I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI1
2132 /// If this is of the form:
2133 ///   sum = a + b
2134 ///   if (sum+128 >u 255)
2135 /// Then replace it with llvm.sadd.with.overflow.i8.
2136 ///
2137 static Instruction *ProcessUGT_ADDCST_ADD(ICmpInst &I, Value *A, Value *B,
2138                                           ConstantInt *CI2, ConstantInt *CI1,
2139                                           InstCombiner &IC) {
2140   // The transformation we're trying to do here is to transform this into an
2141   // llvm.sadd.with.overflow.  To do this, we have to replace the original add
2142   // with a narrower add, and discard the add-with-constant that is part of the
2143   // range check (if we can't eliminate it, this isn't profitable).
2144
2145   // In order to eliminate the add-with-constant, the compare can be its only
2146   // use.
2147   Instruction *AddWithCst = cast<Instruction>(I.getOperand(0));
2148   if (!AddWithCst->hasOneUse()) return nullptr;
2149
2150   // If CI2 is 2^7, 2^15, 2^31, then it might be an sadd.with.overflow.
2151   if (!CI2->getValue().isPowerOf2()) return nullptr;
2152   unsigned NewWidth = CI2->getValue().countTrailingZeros();
2153   if (NewWidth != 7 && NewWidth != 15 && NewWidth != 31) return nullptr;
2154
2155   // The width of the new add formed is 1 more than the bias.
2156   ++NewWidth;
2157
2158   // Check to see that CI1 is an all-ones value with NewWidth bits.
2159   if (CI1->getBitWidth() == NewWidth ||
2160       CI1->getValue() != APInt::getLowBitsSet(CI1->getBitWidth(), NewWidth))
2161     return nullptr;
2162
2163   // This is only really a signed overflow check if the inputs have been
2164   // sign-extended; check for that condition. For example, if CI2 is 2^31 and
2165   // the operands of the add are 64 bits wide, we need at least 33 sign bits.
2166   unsigned NeededSignBits = CI1->getBitWidth() - NewWidth + 1;
2167   if (IC.ComputeNumSignBits(A, 0, &I) < NeededSignBits ||
2168       IC.ComputeNumSignBits(B, 0, &I) < NeededSignBits)
2169     return nullptr;
2170
2171   // In order to replace the original add with a narrower
2172   // llvm.sadd.with.overflow, the only uses allowed are the add-with-constant
2173   // and truncates that discard the high bits of the add.  Verify that this is
2174   // the case.
2175   Instruction *OrigAdd = cast<Instruction>(AddWithCst->getOperand(0));
2176   for (User *U : OrigAdd->users()) {
2177     if (U == AddWithCst) continue;
2178
2179     // Only accept truncates for now.  We would really like a nice recursive
2180     // predicate like SimplifyDemandedBits, but which goes downwards the use-def
2181     // chain to see which bits of a value are actually demanded.  If the
2182     // original add had another add which was then immediately truncated, we
2183     // could still do the transformation.
2184     TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U);
2185     if (!TI || TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() > NewWidth)
2186       return nullptr;
2187   }
2188
2189   // If the pattern matches, truncate the inputs to the narrower type and
2190   // use the sadd_with_overflow intrinsic to efficiently compute both the
2191   // result and the overflow bit.
2192   Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
2193
2194   Type *NewType = IntegerType::get(OrigAdd->getContext(), NewWidth);
2195   Value *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::sadd_with_overflow,
2196                                        NewType);
2197
2198   InstCombiner::BuilderTy *Builder = IC.Builder;
2199
2200   // Put the new code above the original add, in case there are any uses of the
2201   // add between the add and the compare.
2202   Builder->SetInsertPoint(OrigAdd);
2203
2204   Value *TruncA = Builder->CreateTrunc(A, NewType, A->getName()+".trunc");
2205   Value *TruncB = Builder->CreateTrunc(B, NewType, B->getName()+".trunc");
2206   CallInst *Call = Builder->CreateCall(F, {TruncA, TruncB}, "sadd");
2207   Value *Add = Builder->CreateExtractValue(Call, 0, "sadd.result");
2208   Value *ZExt = Builder->CreateZExt(Add, OrigAdd->getType());
2209
2210   // The inner add was the result of the narrow add, zero extended to the
2211   // wider type.  Replace it with the result computed by the intrinsic.
2212   IC.ReplaceInstUsesWith(*OrigAdd, ZExt);
2213
2214   // The original icmp gets replaced with the overflow value.
2215   return ExtractValueInst::Create(Call, 1, "sadd.overflow");
2216 }
2217
2218 bool InstCombiner::OptimizeOverflowCheck(OverflowCheckFlavor OCF, Value *LHS,
2219                                          Value *RHS, Instruction &OrigI,
2220                                          Value *&Result, Constant *&Overflow) {
2221   if (OrigI.isCommutative() && isa<Constant>(LHS) && !isa<Constant>(RHS))
2222     std::swap(LHS, RHS);
2223
2224   auto SetResult = [&](Value *OpResult, Constant *OverflowVal, bool ReuseName) {
2225     Result = OpResult;
2226     Overflow = OverflowVal;
2227     if (ReuseName)
2228       Result->takeName(&OrigI);
2229     return true;
2230   };
2231
2232   // If the overflow check was an add followed by a compare, the insertion point
2233   // may be pointing to the compare.  We want to insert the new instructions
2234   // before the add in case there are uses of the add between the add and the
2235   // compare.
2236   Builder->SetInsertPoint(&OrigI);
2237
2238   switch (OCF) {
2239   case OCF_INVALID:
2240     llvm_unreachable("bad overflow check kind!");
2241
2242   case OCF_UNSIGNED_ADD: {
2243     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedAdd(LHS, RHS, &OrigI);
2244     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
2245       return SetResult(Builder->CreateNUWAdd(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2246                        true);
2247
2248     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
2249       return SetResult(Builder->CreateAdd(LHS, RHS), Builder->getTrue(), true);
2250   }
2251   // FALL THROUGH uadd into sadd
2252   case OCF_SIGNED_ADD: {
2253     // X + 0 -> {X, false}
2254     if (match(RHS, m_Zero()))
2255       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
2256
2257     // We can strength reduce this signed add into a regular add if we can prove
2258     // that it will never overflow.
2259     if (OCF == OCF_SIGNED_ADD)
2260       if (WillNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, OrigI))
2261         return SetResult(Builder->CreateNSWAdd(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2262                          true);
2263     break;
2264   }
2265
2266   case OCF_UNSIGNED_SUB:
2267   case OCF_SIGNED_SUB: {
2268     // X - 0 -> {X, false}
2269     if (match(RHS, m_Zero()))
2270       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
2271
2272     if (OCF == OCF_SIGNED_SUB) {
2273       if (WillNotOverflowSignedSub(LHS, RHS, OrigI))
2274         return SetResult(Builder->CreateNSWSub(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2275                          true);
2276     } else {
2277       if (WillNotOverflowUnsignedSub(LHS, RHS, OrigI))
2278         return SetResult(Builder->CreateNUWSub(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2279                          true);
2280     }
2281     break;
2282   }
2283
2284   case OCF_UNSIGNED_MUL: {
2285     OverflowResult OR = computeOverflowForUnsignedMul(LHS, RHS, &OrigI);
2286     if (OR == OverflowResult::NeverOverflows)
2287       return SetResult(Builder->CreateNUWMul(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2288                        true);
2289     if (OR == OverflowResult::AlwaysOverflows)
2290       return SetResult(Builder->CreateMul(LHS, RHS), Builder->getTrue(), true);
2291   } // FALL THROUGH
2292   case OCF_SIGNED_MUL:
2293     // X * undef -> undef
2294     if (isa<UndefValue>(RHS))
2295       return SetResult(RHS, UndefValue::get(Builder->getInt1Ty()), false);
2296
2297     // X * 0 -> {0, false}
2298     if (match(RHS, m_Zero()))
2299       return SetResult(RHS, Builder->getFalse(), false);
2300
2301     // X * 1 -> {X, false}
2302     if (match(RHS, m_One()))
2303       return SetResult(LHS, Builder->getFalse(), false);
2304
2305     if (OCF == OCF_SIGNED_MUL)
2306       if (WillNotOverflowSignedMul(LHS, RHS, OrigI))
2307         return SetResult(Builder->CreateNSWMul(LHS, RHS), Builder->getFalse(),
2308                          true);
2309     break;
2310   }
2311
2312   return false;
2313 }
2314
2315 /// \brief Recognize and process idiom involving test for multiplication
2316 /// overflow.
2317 ///
2318 /// The caller has matched a pattern of the form:
2319 ///   I = cmp u (mul(zext A, zext B), V
2320 /// The function checks if this is a test for overflow and if so replaces
2321 /// multiplication with call to 'mul.with.overflow' intrinsic.
2322 ///
2323 /// \param I Compare instruction.
2324 /// \param MulVal Result of 'mult' instruction.  It is one of the arguments of
2325 ///               the compare instruction.  Must be of integer type.
2326 /// \param OtherVal The other argument of compare instruction.
2327 /// \returns Instruction which must replace the compare instruction, NULL if no
2328 ///          replacement required.
2329 static Instruction *ProcessUMulZExtIdiom(ICmpInst &I, Value *MulVal,
2330                                          Value *OtherVal, InstCombiner &IC) {
2331   // Don't bother doing this transformation for pointers, don't do it for
2332   // vectors.
2333   if (!isa<IntegerType>(MulVal->getType()))
2334     return nullptr;
2335
2336   assert(I.getOperand(0) == MulVal || I.getOperand(1) == MulVal);
2337   assert(I.getOperand(0) == OtherVal || I.getOperand(1) == OtherVal);
2338   auto *MulInstr = dyn_cast<Instruction>(MulVal);
2339   if (!MulInstr)
2340     return nullptr;
2341   assert(MulInstr->getOpcode() == Instruction::Mul);
2342
2343   auto *LHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(0)),
2344        *RHS = cast<ZExtOperator>(MulInstr->getOperand(1));
2345   assert(LHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
2346   assert(RHS->getOpcode() == Instruction::ZExt);
2347   Value *A = LHS->getOperand(0), *B = RHS->getOperand(0);
2348
2349   // Calculate type and width of the result produced by mul.with.overflow.
2350   Type *TyA = A->getType(), *TyB = B->getType();
2351   unsigned WidthA = TyA->getPrimitiveSizeInBits(),
2352            WidthB = TyB->getPrimitiveSizeInBits();
2353   unsigned MulWidth;
2354   Type *MulType;
2355   if (WidthB > WidthA) {
2356     MulWidth = WidthB;
2357     MulType = TyB;
2358   } else {
2359     MulWidth = WidthA;
2360     MulType = TyA;
2361   }
2362
2363   // In order to replace the original mul with a narrower mul.with.overflow,
2364   // all uses must ignore upper bits of the product.  The number of used low
2365   // bits must be not greater than the width of mul.with.overflow.
2366   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2))
2367     for (User *U : MulVal->users()) {
2368       if (U == &I)
2369         continue;
2370       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
2371         // Check if truncation ignores bits above MulWidth.
2372         unsigned TruncWidth = TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
2373         if (TruncWidth > MulWidth)
2374           return nullptr;
2375       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
2376         // Check if AND ignores bits above MulWidth.
2377         if (BO->getOpcode() != Instruction::And)
2378           return nullptr;
2379         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
2380           const APInt &CVal = CI->getValue();
2381           if (CVal.getBitWidth() - CVal.countLeadingZeros() > MulWidth)
2382             return nullptr;
2383         }
2384       } else {
2385         // Other uses prohibit this transformation.
2386         return nullptr;
2387       }
2388     }
2389
2390   // Recognize patterns
2391   switch (I.getPredicate()) {
2392   case ICmpInst::ICMP_EQ:
2393   case ICmpInst::ICMP_NE:
2394     // Recognize pattern:
2395     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2396     //   cmp eq/neq mulval, zext trunc mulval
2397     if (ZExtInst *Zext = dyn_cast<ZExtInst>(OtherVal))
2398       if (Zext->hasOneUse()) {
2399         Value *ZextArg = Zext->getOperand(0);
2400         if (TruncInst *Trunc = dyn_cast<TruncInst>(ZextArg))
2401           if (Trunc->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
2402             break; //Recognized
2403       }
2404
2405     // Recognize pattern:
2406     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2407     //   cmp eq/neq mulval, and(mulval, mask), mask selects low MulWidth bits.
2408     ConstantInt *CI;
2409     Value *ValToMask;
2410     if (match(OtherVal, m_And(m_Value(ValToMask), m_ConstantInt(CI)))) {
2411       if (ValToMask != MulVal)
2412         return nullptr;
2413       const APInt &CVal = CI->getValue() + 1;
2414       if (CVal.isPowerOf2()) {
2415         unsigned MaskWidth = CVal.logBase2();
2416         if (MaskWidth == MulWidth)
2417           break; // Recognized
2418       }
2419     }
2420     return nullptr;
2421
2422   case ICmpInst::ICMP_UGT:
2423     // Recognize pattern:
2424     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2425     //   cmp ugt mulval, max
2426     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
2427       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
2428       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
2429       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
2430         break; // Recognized
2431     }
2432     return nullptr;
2433
2434   case ICmpInst::ICMP_UGE:
2435     // Recognize pattern:
2436     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2437     //   cmp uge mulval, max+1
2438     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
2439       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
2440       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
2441         break; // Recognized
2442     }
2443     return nullptr;
2444
2445   case ICmpInst::ICMP_ULE:
2446     // Recognize pattern:
2447     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2448     //   cmp ule mulval, max
2449     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
2450       APInt MaxVal = APInt::getMaxValue(MulWidth);
2451       MaxVal = MaxVal.zext(CI->getBitWidth());
2452       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
2453         break; // Recognized
2454     }
2455     return nullptr;
2456
2457   case ICmpInst::ICMP_ULT:
2458     // Recognize pattern:
2459     //   mulval = mul(zext A, zext B)
2460     //   cmp ule mulval, max + 1
2461     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal)) {
2462       APInt MaxVal = APInt::getOneBitSet(CI->getBitWidth(), MulWidth);
2463       if (MaxVal.eq(CI->getValue()))
2464         break; // Recognized
2465     }
2466     return nullptr;
2467
2468   default:
2469     return nullptr;
2470   }
2471
2472   InstCombiner::BuilderTy *Builder = IC.Builder;
2473   Builder->SetInsertPoint(MulInstr);
2474   Module *M = I.getParent()->getParent()->getParent();
2475
2476   // Replace: mul(zext A, zext B) --> mul.with.overflow(A, B)
2477   Value *MulA = A, *MulB = B;
2478   if (WidthA < MulWidth)
2479     MulA = Builder->CreateZExt(A, MulType);
2480   if (WidthB < MulWidth)
2481     MulB = Builder->CreateZExt(B, MulType);
2482   Value *F =
2483       Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::umul_with_overflow, MulType);
2484   CallInst *Call = Builder->CreateCall(F, {MulA, MulB}, "umul");
2485   IC.Worklist.Add(MulInstr);
2486
2487   // If there are uses of mul result other than the comparison, we know that
2488   // they are truncation or binary AND. Change them to use result of
2489   // mul.with.overflow and adjust properly mask/size.
2490   if (MulVal->hasNUsesOrMore(2)) {
2491     Value *Mul = Builder->CreateExtractValue(Call, 0, "umul.value");
2492     for (User *U : MulVal->users()) {
2493       if (U == &I || U == OtherVal)
2494         continue;
2495       if (TruncInst *TI = dyn_cast<TruncInst>(U)) {
2496         if (TI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == MulWidth)
2497           IC.ReplaceInstUsesWith(*TI, Mul);
2498         else
2499           TI->setOperand(0, Mul);
2500       } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(U)) {
2501         assert(BO->getOpcode() == Instruction::And);
2502         // Replace (mul & mask) --> zext (mul.with.overflow & short_mask)
2503         ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1));
2504         APInt ShortMask = CI->getValue().trunc(MulWidth);
2505         Value *ShortAnd = Builder->CreateAnd(Mul, ShortMask);
2506         Instruction *Zext =
2507             cast<Instruction>(Builder->CreateZExt(ShortAnd, BO->getType()));
2508         IC.Worklist.Add(Zext);
2509         IC.ReplaceInstUsesWith(*BO, Zext);
2510       } else {
2511         llvm_unreachable("Unexpected Binary operation");
2512       }
2513       IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(U));
2514     }
2515   }
2516   if (isa<Instruction>(OtherVal))
2517     IC.Worklist.Add(cast<Instruction>(OtherVal));
2518
2519   // The original icmp gets replaced with the overflow value, maybe inverted
2520   // depending on predicate.
2521   bool Inverse = false;
2522   switch (I.getPredicate()) {
2523   case ICmpInst::ICMP_NE:
2524     break;
2525   case ICmpInst::ICMP_EQ:
2526     Inverse = true;
2527     break;
2528   case ICmpInst::ICMP_UGT:
2529   case ICmpInst::ICMP_UGE:
2530     if (I.getOperand(0) == MulVal)
2531       break;
2532     Inverse = true;
2533     break;
2534   case ICmpInst::ICMP_ULT:
2535   case ICmpInst::ICMP_ULE:
2536     if (I.getOperand(1) == MulVal)
2537       break;
2538     Inverse = true;
2539     break;
2540   default:
2541     llvm_unreachable("Unexpected predicate");
2542   }
2543   if (Inverse) {
2544     Value *Res = Builder->CreateExtractValue(Call, 1);
2545     return BinaryOperator::CreateNot(Res);
2546   }
2547
2548   return ExtractValueInst::Create(Call, 1);
2549 }
2550
2551 // DemandedBitsLHSMask - When performing a comparison against a constant,
2552 // it is possible that not all the bits in the LHS are demanded.  This helper
2553 // method computes the mask that IS demanded.
2554 static APInt DemandedBitsLHSMask(ICmpInst &I,
2555                                  unsigned BitWidth, bool isSignCheck) {
2556   if (isSignCheck)
2557     return APInt::getSignBit(BitWidth);
2558
2559   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1));
2560   if (!CI) return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2561   const APInt &RHS = CI->getValue();
2562
2563   switch (I.getPredicate()) {
2564   // For a UGT comparison, we don't care about any bits that
2565   // correspond to the trailing ones of the comparand.  The value of these
2566   // bits doesn't impact the outcome of the comparison, because any value
2567   // greater than the RHS must differ in a bit higher than these due to carry.
2568   case ICmpInst::ICMP_UGT: {
2569     unsigned trailingOnes = RHS.countTrailingOnes();
2570     APInt lowBitsSet = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, trailingOnes);
2571     return ~lowBitsSet;
2572   }
2573
2574   // Similarly, for a ULT comparison, we don't care about the trailing zeros.
2575   // Any value less than the RHS must differ in a higher bit because of carries.
2576   case ICmpInst::ICMP_ULT: {
2577     unsigned trailingZeros = RHS.countTrailingZeros();
2578     APInt lowBitsSet = APInt::getLowBitsSet(BitWidth, trailingZeros);
2579     return ~lowBitsSet;
2580   }
2581
2582   default:
2583     return APInt::getAllOnesValue(BitWidth);
2584   }
2585 }
2586
2587 /// \brief Check if the order of \p Op0 and \p Op1 as operand in an ICmpInst
2588 /// should be swapped.
2589 /// The decision is based on how many times these two operands are reused
2590 /// as subtract operands and their positions in those instructions.
2591 /// The rational is that several architectures use the same instruction for
2592 /// both subtract and cmp, thus it is better if the order of those operands
2593 /// match.
2594 /// \return true if Op0 and Op1 should be swapped.
2595 static bool swapMayExposeCSEOpportunities(const Value * Op0,
2596                                           const Value * Op1) {
2597   // Filter out pointer value as those cannot appears directly in subtract.
2598   // FIXME: we may want to go through inttoptrs or bitcasts.
2599   if (Op0->getType()->isPointerTy())
2600     return false;
2601   // Count every uses of both Op0 and Op1 in a subtract.
2602   // Each time Op0 is the first operand, count -1: swapping is bad, the
2603   // subtract has already the same layout as the compare.
2604   // Each time Op0 is the second operand, count +1: swapping is good, the
2605   // subtract has a different layout as the compare.
2606   // At the end, if the benefit is greater than 0, Op0 should come second to
2607   // expose more CSE opportunities.
2608   int GlobalSwapBenefits = 0;
2609   for (const User *U : Op0->users()) {
2610     const BinaryOperator *BinOp = dyn_cast<BinaryOperator>(U);
2611     if (!BinOp || BinOp->getOpcode() != Instruction::Sub)
2612       continue;
2613     // If Op0 is the first argument, this is not beneficial to swap the
2614     // arguments.
2615     int LocalSwapBenefits = -1;
2616     unsigned Op1Idx = 1;
2617     if (BinOp->getOperand(Op1Idx) == Op0) {
2618       Op1Idx = 0;
2619       LocalSwapBenefits = 1;
2620     }
2621     if (BinOp->getOperand(Op1Idx) != Op1)
2622       continue;
2623     GlobalSwapBenefits += LocalSwapBenefits;
2624   }
2625   return GlobalSwapBenefits > 0;
2626 }
2627
2628 /// \brief Check that one use is in the same block as the definition and all
2629 /// other uses are in blocks dominated by a given block
2630 ///
2631 /// \param DI Definition
2632 /// \param UI Use
2633 /// \param DB Block that must dominate all uses of \p DI outside
2634 ///           the parent block
2635 /// \return true when \p UI is the only use of \p DI in the parent block
2636 /// and all other uses of \p DI are in blocks dominated by \p DB.
2637 ///
2638 bool InstCombiner::dominatesAllUses(const Instruction *DI,
2639                                     const Instruction *UI,
2640                                     const BasicBlock *DB) const {
2641   assert(DI && UI && "Instruction not defined\n");
2642   // ignore incomplete definitions
2643   if (!DI->getParent())
2644     return false;
2645   // DI and UI must be in the same block
2646   if (DI->getParent() != UI->getParent())
2647     return false;
2648   // Protect from self-referencing blocks
2649   if (DI->getParent() == DB)
2650     return false;
2651   // DominatorTree available?
2652   if (!DT)
2653     return false;
2654   for (const User *U : DI->users()) {
2655     auto *Usr = cast<Instruction>(U);
2656     if (Usr != UI && !DT->dominates(DB, Usr->getParent()))
2657       return false;
2658   }
2659   return true;
2660 }
2661
2662 ///
2663 /// true when the instruction sequence within a block is select-cmp-br.
2664 ///
2665 static bool isChainSelectCmpBranch(const SelectInst *SI) {
2666   const BasicBlock *BB = SI->getParent();
2667   if (!BB)
2668     return false;
2669   auto *BI = dyn_cast_or_null<BranchInst>(BB->getTerminator());
2670   if (!BI || BI->getNumSuccessors() != 2)
2671     return false;
2672   auto *IC = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
2673   if (!IC || (IC->getOperand(0) != SI && IC->getOperand(1) != SI))
2674     return false;
2675   return true;
2676 }
2677
2678 ///
2679 /// \brief True when a select result is replaced by one of its operands
2680 /// in select-icmp sequence. This will eventually result in the elimination
2681 /// of the select.
2682 ///
2683 /// \param SI    Select instruction
2684 /// \param Icmp  Compare instruction
2685 /// \param SIOpd Operand that replaces the select
2686 ///
2687 /// Notes:
2688 /// - The replacement is global and requires dominator information
2689 /// - The caller is responsible for the actual replacement
2690 ///
2691 /// Example:
2692 ///
2693 /// entry:
2694 ///  %4 = select i1 %3, %C* %0, %C* null
2695 ///  %5 = icmp eq %C* %4, null
2696 ///  br i1 %5, label %9, label %7
2697 ///  ...
2698 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
2699 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %4, i64 0, i32 0
2700 ///  ...
2701 ///
2702 /// can be transformed to
2703 ///
2704 ///  %5 = icmp eq %C* %0, null
2705 ///  %6 = select i1 %3, i1 %5, i1 true
2706 ///  br i1 %6, label %9, label %7
2707 ///  ...
2708 ///  ; <label>:7                                       ; preds = %entry
2709 ///  %8 = getelementptr inbounds %C* %0, i64 0, i32 0  // replace by %0!
2710 ///
2711 /// Similar when the first operand of the select is a constant or/and
2712 /// the compare is for not equal rather than equal.
2713 ///
2714 /// NOTE: The function is only called when the select and compare constants
2715 /// are equal, the optimization can work only for EQ predicates. This is not a
2716 /// major restriction since a NE compare should be 'normalized' to an equal
2717 /// compare, which usually happens in the combiner and test case
2718 /// select-cmp-br.ll
2719 /// checks for it.
2720 bool InstCombiner::replacedSelectWithOperand(SelectInst *SI,
2721                                              const ICmpInst *Icmp,
2722                                              const unsigned SIOpd) {
2723   assert((SIOpd == 1 || SIOpd == 2) && "Invalid select operand!");
2724   if (isChainSelectCmpBranch(SI) && Icmp->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
2725     BasicBlock *Succ = SI->getParent()->getTerminator()->getSuccessor(1);
2726     // The check for the unique predecessor is not the best that can be
2727     // done. But it protects efficiently against cases like  when SI's
2728     // home block has two successors, Succ and Succ1, and Succ1 predecessor
2729     // of Succ. Then SI can't be replaced by SIOpd because the use that gets
2730     // replaced can be reached on either path. So the uniqueness check
2731     // guarantees that the path all uses of SI (outside SI's parent) are on
2732     // is disjoint from all other paths out of SI. But that information
2733     // is more expensive to compute, and the trade-off here is in favor
2734     // of compile-time.
2735     if (Succ->getUniquePredecessor() && dominatesAllUses(SI, Icmp, Succ)) {
2736       NumSel++;
2737       SI->replaceUsesOutsideBlock(SI->getOperand(SIOpd), SI->getParent());
2738       return true;
2739     }
2740   }
2741   return false;
2742 }
2743
2744 Instruction *InstCombiner::visitICmpInst(ICmpInst &I) {
2745   bool Changed = false;
2746   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
2747   unsigned Op0Cplxity = getComplexity(Op0);
2748   unsigned Op1Cplxity = getComplexity(Op1);
2749
2750   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
2751   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
2752   /// before binary operators.
2753   if (Op0Cplxity < Op1Cplxity ||
2754         (Op0Cplxity == Op1Cplxity &&
2755          swapMayExposeCSEOpportunities(Op0, Op1))) {
2756     I.swapOperands();
2757     std::swap(Op0, Op1);
2758     Changed = true;
2759   }
2760
2761   if (Value *V =
2762           SimplifyICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1, DL, TLI, DT, AC, &I))
2763     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
2764
2765   // comparing -val or val with non-zero is the same as just comparing val
2766   // ie, abs(val) != 0 -> val != 0
2767   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE && match(Op1, m_Zero()))
2768   {
2769     Value *Cond, *SelectTrue, *SelectFalse;
2770     if (match(Op0, m_Select(m_Value(Cond), m_Value(SelectTrue),
2771                             m_Value(SelectFalse)))) {
2772       if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectTrue)) {
2773         if (V == SelectFalse)
2774           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
2775       }
2776       else if (Value *V = dyn_castNegVal(SelectFalse)) {
2777         if (V == SelectTrue)
2778           return CmpInst::Create(Instruction::ICmp, I.getPredicate(), V, Op1);
2779       }
2780     }
2781   }
2782
2783   Type *Ty = Op0->getType();
2784
2785   // icmp's with boolean values can always be turned into bitwise operations
2786   if (Ty->isIntegerTy(1)) {
2787     switch (I.getPredicate()) {
2788     default: llvm_unreachable("Invalid icmp instruction!");
2789     case ICmpInst::ICMP_EQ: {               // icmp eq i1 A, B -> ~(A^B)
2790       Value *Xor = Builder->CreateXor(Op0, Op1, I.getName()+"tmp");
2791       return BinaryOperator::CreateNot(Xor);
2792     }
2793     case ICmpInst::ICMP_NE:                  // icmp eq i1 A, B -> A^B
2794       return BinaryOperator::CreateXor(Op0, Op1);
2795
2796     case ICmpInst::ICMP_UGT:
2797       std::swap(Op0, Op1);                   // Change icmp ugt -> icmp ult
2798       // FALL THROUGH
2799     case ICmpInst::ICMP_ULT:{               // icmp ult i1 A, B -> ~A & B
2800       Value *Not = Builder->CreateNot(Op0, I.getName()+"tmp");
2801       return BinaryOperator::CreateAnd(Not, Op1);
2802     }
2803     case ICmpInst::ICMP_SGT:
2804       std::swap(Op0, Op1);                   // Change icmp sgt -> icmp slt
2805       // FALL THROUGH
2806     case ICmpInst::ICMP_SLT: {               // icmp slt i1 A, B -> A & ~B
2807       Value *Not = Builder->CreateNot(Op1, I.getName()+"tmp");
2808       return BinaryOperator::CreateAnd(Not, Op0);
2809     }
2810     case ICmpInst::ICMP_UGE:
2811       std::swap(Op0, Op1);                   // Change icmp uge -> icmp ule
2812       // FALL THROUGH
2813     case ICmpInst::ICMP_ULE: {               //  icmp ule i1 A, B -> ~A | B
2814       Value *Not = Builder->CreateNot(Op0, I.getName()+"tmp");
2815       return BinaryOperator::CreateOr(Not, Op1);
2816     }
2817     case ICmpInst::ICMP_SGE:
2818       std::swap(Op0, Op1);                   // Change icmp sge -> icmp sle
2819       // FALL THROUGH
2820     case ICmpInst::ICMP_SLE: {               //  icmp sle i1 A, B -> A | ~B
2821       Value *Not = Builder->CreateNot(Op1, I.getName()+"tmp");
2822       return BinaryOperator::CreateOr(Not, Op0);
2823     }
2824     }
2825   }
2826
2827   unsigned BitWidth = 0;
2828   if (Ty->isIntOrIntVectorTy())
2829     BitWidth = Ty->getScalarSizeInBits();
2830   else // Get pointer size.
2831     BitWidth = DL.getTypeSizeInBits(Ty->getScalarType());
2832
2833   bool isSignBit = false;
2834
2835   // See if we are doing a comparison with a constant.
2836   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
2837     Value *A = nullptr, *B = nullptr;
2838
2839     // Match the following pattern, which is a common idiom when writing
2840     // overflow-safe integer arithmetic function.  The source performs an
2841     // addition in wider type, and explicitly checks for overflow using
2842     // comparisons against INT_MIN and INT_MAX.  Simplify this by using the
2843     // sadd_with_overflow intrinsic.
2844     //
2845     // TODO: This could probably be generalized to handle other overflow-safe
2846     // operations if we worked out the formulas to compute the appropriate
2847     // magic constants.
2848     //
2849     // sum = a + b
2850     // if (sum+128 >u 255)  ...  -> llvm.sadd.with.overflow.i8
2851     {
2852     ConstantInt *CI2;    // I = icmp ugt (add (add A, B), CI2), CI
2853     if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_UGT &&
2854         match(Op0, m_Add(m_Add(m_Value(A), m_Value(B)), m_ConstantInt(CI2))))
2855       if (Instruction *Res = ProcessUGT_ADDCST_ADD(I, A, B, CI2, CI, *this))
2856         return Res;
2857     }
2858
2859     // The following transforms are only 'worth it' if the only user of the
2860     // subtraction is the icmp.
2861     if (Op0->hasOneUse()) {
2862       // (icmp ne/eq (sub A B) 0) -> (icmp ne/eq A, B)
2863       if (I.isEquality() && CI->isZero() &&
2864           match(Op0, m_Sub(m_Value(A), m_Value(B))))
2865         return new ICmpInst(I.getPredicate(), A, B);
2866
2867       // (icmp sgt (sub nsw A B), -1) -> (icmp sge A, B)
2868       if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT && CI->isAllOnesValue() &&
2869           match(Op0, m_NSWSub(m_Value(A), m_Value(B))))
2870         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGE, A, B);
2871
2872       // (icmp sgt (sub nsw A B), 0) -> (icmp sgt A, B)
2873       if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SGT && CI->isZero() &&
2874           match(Op0, m_NSWSub(m_Value(A), m_Value(B))))
2875         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, A, B);
2876
2877       // (icmp slt (sub nsw A B), 0) -> (icmp slt A, B)
2878       if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && CI->isZero() &&
2879           match(Op0, m_NSWSub(m_Value(A), m_Value(B))))
2880         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, A, B);
2881
2882       // (icmp slt (sub nsw A B), 1) -> (icmp sle A, B)
2883       if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_SLT && CI->isOne() &&
2884           match(Op0, m_NSWSub(m_Value(A), m_Value(B))))
2885         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLE, A, B);
2886     }
2887
2888     // If we have an icmp le or icmp ge instruction, turn it into the
2889     // appropriate icmp lt or icmp gt instruction.  This allows us to rely on
2890     // them being folded in the code below.  The SimplifyICmpInst code has
2891     // already handled the edge cases for us, so we just assert on them.
2892     switch (I.getPredicate()) {
2893     default: break;
2894     case ICmpInst::ICMP_ULE:
2895       assert(!CI->isMaxValue(false));                 // A <=u MAX -> TRUE
2896       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, Op0,
2897                           Builder->getInt(CI->getValue()+1));
2898     case ICmpInst::ICMP_SLE:
2899       assert(!CI->isMaxValue(true));                  // A <=s MAX -> TRUE
2900       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, Op0,
2901                           Builder->getInt(CI->getValue()+1));
2902     case ICmpInst::ICMP_UGE:
2903       assert(!CI->isMinValue(false));                 // A >=u MIN -> TRUE
2904       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, Op0,
2905                           Builder->getInt(CI->getValue()-1));
2906     case ICmpInst::ICMP_SGE:
2907       assert(!CI->isMinValue(true));                  // A >=s MIN -> TRUE
2908       return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, Op0,
2909                           Builder->getInt(CI->getValue()-1));
2910     }
2911
2912     if (I.isEquality()) {
2913       ConstantInt *CI2;
2914       if (match(Op0, m_AShr(m_ConstantInt(CI2), m_Value(A))) ||
2915           match(Op0, m_LShr(m_ConstantInt(CI2), m_Value(A)))) {
2916         // (icmp eq/ne (ashr/lshr const2, A), const1)
2917         if (Instruction *Inst = FoldICmpCstShrCst(I, Op0, A, CI, CI2))
2918           return Inst;
2919       }
2920       if (match(Op0, m_Shl(m_ConstantInt(CI2), m_Value(A)))) {
2921         // (icmp eq/ne (shl const2, A), const1)
2922         if (Instruction *Inst = FoldICmpCstShlCst(I, Op0, A, CI, CI2))
2923           return Inst;
2924       }
2925     }
2926
2927     // If this comparison is a normal comparison, it demands all
2928     // bits, if it is a sign bit comparison, it only demands the sign bit.
2929     bool UnusedBit;
2930     isSignBit = isSignBitCheck(I.getPredicate(), CI, UnusedBit);
2931   }
2932
2933   // See if we can fold the comparison based on range information we can get
2934   // by checking whether bits are known to be zero or one in the input.
2935   if (BitWidth != 0) {
2936     APInt Op0KnownZero(BitWidth, 0), Op0KnownOne(BitWidth, 0);
2937     APInt Op1KnownZero(BitWidth, 0), Op1KnownOne(BitWidth, 0);
2938
2939     if (SimplifyDemandedBits(I.getOperandUse(0),
2940                              DemandedBitsLHSMask(I, BitWidth, isSignBit),
2941                              Op0KnownZero, Op0KnownOne, 0))
2942       return &I;
2943     if (SimplifyDemandedBits(I.getOperandUse(1),
2944                              APInt::getAllOnesValue(BitWidth), Op1KnownZero,
2945                              Op1KnownOne, 0))
2946       return &I;
2947
2948     // Given the known and unknown bits, compute a range that the LHS could be
2949     // in.  Compute the Min, Max and RHS values based on the known bits. For the
2950     // EQ and NE we use unsigned values.
2951     APInt Op0Min(BitWidth, 0), Op0Max(BitWidth, 0);
2952     APInt Op1Min(BitWidth, 0), Op1Max(BitWidth, 0);
2953     if (I.isSigned()) {
2954       ComputeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0KnownZero, Op0KnownOne,
2955                                              Op0Min, Op0Max);
2956       ComputeSignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1KnownZero, Op1KnownOne,
2957                                              Op1Min, Op1Max);
2958     } else {
2959       ComputeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op0KnownZero, Op0KnownOne,
2960                                                Op0Min, Op0Max);
2961       ComputeUnsignedMinMaxValuesFromKnownBits(Op1KnownZero, Op1KnownOne,
2962                                                Op1Min, Op1Max);
2963     }
2964
2965     // If Min and Max are known to be the same, then SimplifyDemandedBits
2966     // figured out that the LHS is a constant.  Just constant fold this now so
2967     // that code below can assume that Min != Max.
2968     if (!isa<Constant>(Op0) && Op0Min == Op0Max)
2969       return new ICmpInst(I.getPredicate(),
2970                           ConstantInt::get(Op0->getType(), Op0Min), Op1);
2971     if (!isa<Constant>(Op1) && Op1Min == Op1Max)
2972       return new ICmpInst(I.getPredicate(), Op0,
2973                           ConstantInt::get(Op1->getType(), Op1Min));
2974
2975     // Based on the range information we know about the LHS, see if we can
2976     // simplify this comparison.  For example, (x&4) < 8 is always true.
2977     switch (I.getPredicate()) {
2978     default: llvm_unreachable("Unknown icmp opcode!");
2979     case ICmpInst::ICMP_EQ: {
2980       if (Op0Max.ult(Op1Min) || Op0Min.ugt(Op1Max))
2981         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
2982
2983       // If all bits are known zero except for one, then we know at most one
2984       // bit is set.   If the comparison is against zero, then this is a check
2985       // to see if *that* bit is set.
2986       APInt Op0KnownZeroInverted = ~Op0KnownZero;
2987       if (~Op1KnownZero == 0) {
2988         // If the LHS is an AND with the same constant, look through it.
2989         Value *LHS = nullptr;
2990         ConstantInt *LHSC = nullptr;
2991         if (!match(Op0, m_And(m_Value(LHS), m_ConstantInt(LHSC))) ||
2992             LHSC->getValue() != Op0KnownZeroInverted)
2993           LHS = Op0;
2994
2995         // If the LHS is 1 << x, and we know the result is a power of 2 like 8,
2996         // then turn "((1 << x)&8) == 0" into "x != 3".
2997         // or turn "((1 << x)&7) == 0" into "x > 2".
2998         Value *X = nullptr;
2999         if (match(LHS, m_Shl(m_One(), m_Value(X)))) {
3000           APInt ValToCheck = Op0KnownZeroInverted;
3001           if (ValToCheck.isPowerOf2()) {
3002             unsigned CmpVal = ValToCheck.countTrailingZeros();
3003             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X,
3004                                 ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
3005           } else if ((++ValToCheck).isPowerOf2()) {
3006             unsigned CmpVal = ValToCheck.countTrailingZeros() - 1;
3007             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, X,
3008                                 ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
3009           }
3010         }
3011
3012         // If the LHS is 8 >>u x, and we know the result is a power of 2 like 1,
3013         // then turn "((8 >>u x)&1) == 0" into "x != 3".
3014         const APInt *CI;
3015         if (Op0KnownZeroInverted == 1 &&
3016             match(LHS, m_LShr(m_Power2(CI), m_Value(X))))
3017           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, X,
3018                               ConstantInt::get(X->getType(),
3019                                                CI->countTrailingZeros()));
3020       }
3021       break;
3022     }
3023     case ICmpInst::ICMP_NE: {
3024       if (Op0Max.ult(Op1Min) || Op0Min.ugt(Op1Max))
3025         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3026
3027       // If all bits are known zero except for one, then we know at most one
3028       // bit is set.   If the comparison is against zero, then this is a check
3029       // to see if *that* bit is set.
3030       APInt Op0KnownZeroInverted = ~Op0KnownZero;
3031       if (~Op1KnownZero == 0) {
3032         // If the LHS is an AND with the same constant, look through it.
3033         Value *LHS = nullptr;
3034         ConstantInt *LHSC = nullptr;
3035         if (!match(Op0, m_And(m_Value(LHS), m_ConstantInt(LHSC))) ||
3036             LHSC->getValue() != Op0KnownZeroInverted)
3037           LHS = Op0;
3038
3039         // If the LHS is 1 << x, and we know the result is a power of 2 like 8,
3040         // then turn "((1 << x)&8) != 0" into "x == 3".
3041         // or turn "((1 << x)&7) != 0" into "x < 3".
3042         Value *X = nullptr;
3043         if (match(LHS, m_Shl(m_One(), m_Value(X)))) {
3044           APInt ValToCheck = Op0KnownZeroInverted;
3045           if (ValToCheck.isPowerOf2()) {
3046             unsigned CmpVal = ValToCheck.countTrailingZeros();
3047             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X,
3048                                 ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
3049           } else if ((++ValToCheck).isPowerOf2()) {
3050             unsigned CmpVal = ValToCheck.countTrailingZeros();
3051             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULT, X,
3052                                 ConstantInt::get(X->getType(), CmpVal));
3053           }
3054         }
3055
3056         // If the LHS is 8 >>u x, and we know the result is a power of 2 like 1,
3057         // then turn "((8 >>u x)&1) != 0" into "x == 3".
3058         const APInt *CI;
3059         if (Op0KnownZeroInverted == 1 &&
3060             match(LHS, m_LShr(m_Power2(CI), m_Value(X))))
3061           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, X,
3062                               ConstantInt::get(X->getType(),
3063                                                CI->countTrailingZeros()));
3064       }
3065       break;
3066     }
3067     case ICmpInst::ICMP_ULT:
3068       if (Op0Max.ult(Op1Min))          // A <u B -> true if max(A) < min(B)
3069         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3070       if (Op0Min.uge(Op1Max))          // A <u B -> false if min(A) >= max(B)
3071         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3072       if (Op1Min == Op0Max)            // A <u B -> A != B if max(A) == min(B)
3073         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
3074       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
3075         if (Op1Max == Op0Min+1)        // A <u C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
3076           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
3077                               Builder->getInt(CI->getValue()-1));
3078
3079         // (x <u 2147483648) -> (x >s -1)  -> true if sign bit clear
3080         if (CI->isMinValue(true))
3081           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, Op0,
3082                            Constant::getAllOnesValue(Op0->getType()));
3083       }
3084       break;
3085     case ICmpInst::ICMP_UGT:
3086       if (Op0Min.ugt(Op1Max))          // A >u B -> true if min(A) > max(B)
3087         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3088       if (Op0Max.ule(Op1Min))          // A >u B -> false if max(A) <= max(B)
3089         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3090
3091       if (Op1Max == Op0Min)            // A >u B -> A != B if min(A) == max(B)
3092         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
3093       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
3094         if (Op1Min == Op0Max-1)        // A >u C -> A == C+1 if max(a)-1 == C
3095           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
3096                               Builder->getInt(CI->getValue()+1));
3097
3098         // (x >u 2147483647) -> (x <s 0)  -> true if sign bit set
3099         if (CI->isMaxValue(true))
3100           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, Op0,
3101                               Constant::getNullValue(Op0->getType()));
3102       }
3103       break;
3104     case ICmpInst::ICMP_SLT:
3105       if (Op0Max.slt(Op1Min))          // A <s B -> true if max(A) < min(C)
3106         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3107       if (Op0Min.sge(Op1Max))          // A <s B -> false if min(A) >= max(C)
3108         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3109       if (Op1Min == Op0Max)            // A <s B -> A != B if max(A) == min(B)
3110         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
3111       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
3112         if (Op1Max == Op0Min+1)        // A <s C -> A == C-1 if min(A)+1 == C
3113           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
3114                               Builder->getInt(CI->getValue()-1));
3115       }
3116       break;
3117     case ICmpInst::ICMP_SGT:
3118       if (Op0Min.sgt(Op1Max))          // A >s B -> true if min(A) > max(B)
3119         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3120       if (Op0Max.sle(Op1Min))          // A >s B -> false if max(A) <= min(B)
3121         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3122
3123       if (Op1Max == Op0Min)            // A >s B -> A != B if min(A) == max(B)
3124         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op0, Op1);
3125       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
3126         if (Op1Min == Op0Max-1)        // A >s C -> A == C+1 if max(A)-1 == C
3127           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, Op0,
3128                               Builder->getInt(CI->getValue()+1));
3129       }
3130       break;
3131     case ICmpInst::ICMP_SGE:
3132       assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SGE with ConstantInt not folded!");
3133       if (Op0Min.sge(Op1Max))          // A >=s B -> true if min(A) >= max(B)
3134         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3135       if (Op0Max.slt(Op1Min))          // A >=s B -> false if max(A) < min(B)
3136         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3137       break;
3138     case ICmpInst::ICMP_SLE:
3139       assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_SLE with ConstantInt not folded!");
3140       if (Op0Max.sle(Op1Min))          // A <=s B -> true if max(A) <= min(B)
3141         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3142       if (Op0Min.sgt(Op1Max))          // A <=s B -> false if min(A) > max(B)
3143         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3144       break;
3145     case ICmpInst::ICMP_UGE:
3146       assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_UGE with ConstantInt not folded!");
3147       if (Op0Min.uge(Op1Max))          // A >=u B -> true if min(A) >= max(B)
3148         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3149       if (Op0Max.ult(Op1Min))          // A >=u B -> false if max(A) < min(B)
3150         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3151       break;
3152     case ICmpInst::ICMP_ULE:
3153       assert(!isa<ConstantInt>(Op1) && "ICMP_ULE with ConstantInt not folded!");
3154       if (Op0Max.ule(Op1Min))          // A <=u B -> true if max(A) <= min(B)
3155         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3156       if (Op0Min.ugt(Op1Max))          // A <=u B -> false if min(A) > max(B)
3157         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3158       break;
3159     }
3160
3161     // Turn a signed comparison into an unsigned one if both operands
3162     // are known to have the same sign.
3163     if (I.isSigned() &&
3164         ((Op0KnownZero.isNegative() && Op1KnownZero.isNegative()) ||
3165          (Op0KnownOne.isNegative() && Op1KnownOne.isNegative())))
3166       return new ICmpInst(I.getUnsignedPredicate(), Op0, Op1);
3167   }
3168
3169   // Test if the ICmpInst instruction is used exclusively by a select as
3170   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
3171   // any other folding. This helps out other analyses which understand
3172   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
3173   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
3174   // operands has at least one user besides the compare (the select),
3175   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
3176   if (I.hasOneUse())
3177     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(*I.user_begin()))
3178       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
3179           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
3180         return nullptr;
3181
3182   // See if we are doing a comparison between a constant and an instruction that
3183   // can be folded into the comparison.
3184   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
3185     // Since the RHS is a ConstantInt (CI), if the left hand side is an
3186     // instruction, see if that instruction also has constants so that the
3187     // instruction can be folded into the icmp
3188     if (Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0))
3189       if (Instruction *Res = visitICmpInstWithInstAndIntCst(I, LHSI, CI))
3190         return Res;
3191   }
3192
3193   // Handle icmp with constant (but not simple integer constant) RHS
3194   if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
3195     if (Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0))
3196       switch (LHSI->getOpcode()) {
3197       case Instruction::GetElementPtr:
3198           // icmp pred GEP (P, int 0, int 0, int 0), null -> icmp pred P, null
3199         if (RHSC->isNullValue() &&
3200             cast<GetElementPtrInst>(LHSI)->hasAllZeroIndices())
3201           return new ICmpInst(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
3202                   Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
3203         break;
3204       case Instruction::PHI:
3205         // Only fold icmp into the PHI if the phi and icmp are in the same
3206         // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
3207         // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
3208         if (LHSI->getParent() == I.getParent())
3209           if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
3210             return NV;
3211         break;
3212       case Instruction::Select: {
3213         // If either operand of the select is a constant, we can fold the
3214         // comparison into the select arms, which will cause one to be
3215         // constant folded and the select turned into a bitwise or.
3216         Value *Op1 = nullptr, *Op2 = nullptr;
3217         ConstantInt *CI = nullptr;
3218         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(1))) {
3219           Op1 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
3220           CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1);
3221         }
3222         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(LHSI->getOperand(2))) {
3223           Op2 = ConstantExpr::getICmp(I.getPredicate(), C, RHSC);
3224           CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op2);
3225         }
3226
3227         // We only want to perform this transformation if it will not lead to
3228         // additional code. This is true if either both sides of the select
3229         // fold to a constant (in which case the icmp is replaced with a select
3230         // which will usually simplify) or this is the only user of the
3231         // select (in which case we are trading a select+icmp for a simpler
3232         // select+icmp) or all uses of the select can be replaced based on
3233         // dominance information ("Global cases").
3234         bool Transform = false;
3235         if (Op1 && Op2)
3236           Transform = true;
3237         else if (Op1 || Op2) {
3238           // Local case
3239           if (LHSI->hasOneUse())
3240             Transform = true;
3241           // Global cases
3242           else if (CI && !CI->isZero())
3243             // When Op1 is constant try replacing select with second operand.
3244             // Otherwise Op2 is constant and try replacing select with first
3245             // operand.
3246             Transform = replacedSelectWithOperand(cast<SelectInst>(LHSI), &I,
3247                                                   Op1 ? 2 : 1);
3248         }
3249         if (Transform) {
3250           if (!Op1)
3251             Op1 = Builder->CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(1),
3252                                       RHSC, I.getName());
3253           if (!Op2)
3254             Op2 = Builder->CreateICmp(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(2),
3255                                       RHSC, I.getName());
3256           return SelectInst::Create(LHSI->getOperand(0), Op1, Op2);
3257         }
3258         break;
3259       }
3260       case Instruction::IntToPtr:
3261         // icmp pred inttoptr(X), null -> icmp pred X, 0
3262         if (RHSC->isNullValue() &&
3263             DL.getIntPtrType(RHSC->getType()) == LHSI->getOperand(0)->getType())
3264           return new ICmpInst(I.getPredicate(), LHSI->getOperand(0),
3265                         Constant::getNullValue(LHSI->getOperand(0)->getType()));
3266         break;
3267
3268       case Instruction::Load:
3269         // Try to optimize things like "A[i] > 4" to index computations.
3270         if (GetElementPtrInst *GEP =
3271               dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0))) {
3272           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
3273             if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
3274                 !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
3275               if (Instruction *Res = FoldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
3276                 return Res;
3277         }
3278         break;
3279       }
3280   }
3281
3282   // If we can optimize a 'icmp GEP, P' or 'icmp P, GEP', do so now.
3283   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op0))
3284     if (Instruction *NI = FoldGEPICmp(GEP, Op1, I.getPredicate(), I))
3285       return NI;
3286   if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(Op1))
3287     if (Instruction *NI = FoldGEPICmp(GEP, Op0,
3288                            ICmpInst::getSwappedPredicate(I.getPredicate()), I))
3289       return NI;
3290
3291   // Try to optimize equality comparisons against alloca-based pointers.
3292   if (Op0->getType()->isPointerTy() && I.isEquality()) {
3293     assert(Op1->getType()->isPointerTy() && "Comparing pointer with non-pointer?");
3294     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op0, DL)))
3295       if (Instruction *New = FoldAllocaCmp(I, Alloca, Op1))
3296         return New;
3297     if (auto *Alloca = dyn_cast<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Op1, DL)))
3298       if (Instruction *New = FoldAllocaCmp(I, Alloca, Op0))
3299         return New;
3300   }
3301
3302   // Test to see if the operands of the icmp are casted versions of other
3303   // values.  If the ptr->ptr cast can be stripped off both arguments, we do so
3304   // now.
3305   if (BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(Op0)) {
3306     if (Op0->getType()->isPointerTy() &&
3307         (isa<Constant>(Op1) || isa<BitCastInst>(Op1))) {
3308       // We keep moving the cast from the left operand over to the right
3309       // operand, where it can often be eliminated completely.
3310       Op0 = CI->getOperand(0);
3311
3312       // If operand #1 is a bitcast instruction, it must also be a ptr->ptr cast
3313       // so eliminate it as well.
3314       if (BitCastInst *CI2 = dyn_cast<BitCastInst>(Op1))
3315         Op1 = CI2->getOperand(0);
3316
3317       // If Op1 is a constant, we can fold the cast into the constant.
3318       if (Op0->getType() != Op1->getType()) {
3319         if (Constant *Op1C = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
3320           Op1 = ConstantExpr::getBitCast(Op1C, Op0->getType());
3321         } else {
3322           // Otherwise, cast the RHS right before the icmp
3323           Op1 = Builder->CreateBitCast(Op1, Op0->getType());
3324         }
3325       }
3326       return new ICmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1);
3327     }
3328   }
3329
3330   if (isa<CastInst>(Op0)) {
3331     // Handle the special case of: icmp (cast bool to X), <cst>
3332     // This comes up when you have code like
3333     //   int X = A < B;
3334     //   if (X) ...
3335     // For generality, we handle any zero-extension of any operand comparison
3336     // with a constant or another cast from the same type.
3337     if (isa<Constant>(Op1) || isa<CastInst>(Op1))
3338       if (Instruction *R = visitICmpInstWithCastAndCast(I))
3339         return R;
3340   }
3341
3342   // Special logic for binary operators.
3343   BinaryOperator *BO0 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
3344   BinaryOperator *BO1 = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1);
3345   if (BO0 || BO1) {
3346     CmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate();
3347     bool NoOp0WrapProblem = false, NoOp1WrapProblem = false;
3348     if (BO0 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO0))
3349       NoOp0WrapProblem = ICmpInst::isEquality(Pred) ||
3350         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO0->hasNoUnsignedWrap()) ||
3351         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO0->hasNoSignedWrap());
3352     if (BO1 && isa<OverflowingBinaryOperator>(BO1))
3353       NoOp1WrapProblem = ICmpInst::isEquality(Pred) ||
3354         (CmpInst::isUnsigned(Pred) && BO1->hasNoUnsignedWrap()) ||
3355         (CmpInst::isSigned(Pred) && BO1->hasNoSignedWrap());
3356
3357     // Analyze the case when either Op0 or Op1 is an add instruction.
3358     // Op0 = A + B (or A and B are null); Op1 = C + D (or C and D are null).
3359     Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
3360     if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Add)
3361       A = BO0->getOperand(0), B = BO0->getOperand(1);
3362     if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Add)
3363       C = BO1->getOperand(0), D = BO1->getOperand(1);
3364
3365     // icmp (X+cst) < 0 --> X < -cst
3366     if (NoOp0WrapProblem && ICmpInst::isSigned(Pred) && match(Op1, m_Zero()))
3367       if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast_or_null<ConstantInt>(B))
3368         if (!RHSC->isMinValue(/*isSigned=*/true))
3369           return new ICmpInst(Pred, A, ConstantExpr::getNeg(RHSC));
3370
3371     // icmp (X+Y), X -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
3372     if ((A == Op1 || B == Op1) && NoOp0WrapProblem)
3373       return new ICmpInst(Pred, A == Op1 ? B : A,
3374                           Constant::getNullValue(Op1->getType()));
3375
3376     // icmp X, (X+Y) -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
3377     if ((C == Op0 || D == Op0) && NoOp1WrapProblem)
3378       return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op0->getType()),
3379                           C == Op0 ? D : C);
3380
3381     // icmp (X+Y), (X+Z) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
3382     if (A && C && (A == C || A == D || B == C || B == D) &&
3383         NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3384         // Try not to increase register pressure.
3385         BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse()) {
3386       // Determine Y and Z in the form icmp (X+Y), (X+Z).
3387       Value *Y, *Z;
3388       if (A == C) {
3389         // C + B == C + D  ->  B == D
3390         Y = B;
3391         Z = D;
3392       } else if (A == D) {
3393         // D + B == C + D  ->  B == C
3394         Y = B;
3395         Z = C;
3396       } else if (B == C) {
3397         // A + C == C + D  ->  A == D
3398         Y = A;
3399         Z = D;
3400       } else {
3401         assert(B == D);
3402         // A + D == C + D  ->  A == C
3403         Y = A;
3404         Z = C;
3405       }
3406       return new ICmpInst(Pred, Y, Z);
3407     }
3408
3409     // icmp slt (X + -1), Y -> icmp sle X, Y
3410     if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT &&
3411         match(B, m_AllOnes()))
3412       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, A, Op1);
3413
3414     // icmp sge (X + -1), Y -> icmp sgt X, Y
3415     if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE &&
3416         match(B, m_AllOnes()))
3417       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, A, Op1);
3418
3419     // icmp sle (X + 1), Y -> icmp slt X, Y
3420     if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE &&
3421         match(B, m_One()))
3422       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, A, Op1);
3423
3424     // icmp sgt (X + 1), Y -> icmp sge X, Y
3425     if (A && NoOp0WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT &&
3426         match(B, m_One()))
3427       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, A, Op1);
3428
3429     // icmp sgt X, (Y + -1) -> icmp sge X, Y
3430     if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGT &&
3431         match(D, m_AllOnes()))
3432       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGE, Op0, C);
3433
3434     // icmp sle X, (Y + -1) -> icmp slt X, Y
3435     if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLE &&
3436         match(D, m_AllOnes()))
3437       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLT, Op0, C);
3438
3439     // icmp sge X, (Y + 1) -> icmp sgt X, Y
3440     if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SGE &&
3441         match(D, m_One()))
3442       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SGT, Op0, C);
3443
3444     // icmp slt X, (Y + 1) -> icmp sle X, Y
3445     if (C && NoOp1WrapProblem && Pred == CmpInst::ICMP_SLT &&
3446         match(D, m_One()))
3447       return new ICmpInst(CmpInst::ICMP_SLE, Op0, C);
3448
3449     // if C1 has greater magnitude than C2:
3450     //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp (X + C3), Y
3451     //  s.t. C3 = C1 - C2
3452     //
3453     // if C2 has greater magnitude than C1:
3454     //  icmp (X + C1), (Y + C2) -> icmp X, (Y + C3)
3455     //  s.t. C3 = C2 - C1
3456     if (A && C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3457         (BO0->hasOneUse() || BO1->hasOneUse()) && !I.isUnsigned())
3458       if (ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(B))
3459         if (ConstantInt *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(D)) {
3460           const APInt &AP1 = C1->getValue();
3461           const APInt &AP2 = C2->getValue();
3462           if (AP1.isNegative() == AP2.isNegative()) {
3463             APInt AP1Abs = C1->getValue().abs();
3464             APInt AP2Abs = C2->getValue().abs();
3465             if (AP1Abs.uge(AP2Abs)) {
3466               ConstantInt *C3 = Builder->getInt(AP1 - AP2);
3467               Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(A, C3);
3468               return new ICmpInst(Pred, NewAdd, C);
3469             } else {
3470               ConstantInt *C3 = Builder->getInt(AP2 - AP1);
3471               Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(C, C3);
3472               return new ICmpInst(Pred, A, NewAdd);
3473             }
3474           }
3475         }
3476
3477
3478     // Analyze the case when either Op0 or Op1 is a sub instruction.
3479     // Op0 = A - B (or A and B are null); Op1 = C - D (or C and D are null).
3480     A = nullptr; B = nullptr; C = nullptr; D = nullptr;
3481     if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::Sub)
3482       A = BO0->getOperand(0), B = BO0->getOperand(1);
3483     if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::Sub)
3484       C = BO1->getOperand(0), D = BO1->getOperand(1);
3485
3486     // icmp (X-Y), X -> icmp 0, Y for equalities or if there is no overflow.
3487     if (A == Op1 && NoOp0WrapProblem)
3488       return new ICmpInst(Pred, Constant::getNullValue(Op1->getType()), B);
3489
3490     // icmp X, (X-Y) -> icmp Y, 0 for equalities or if there is no overflow.
3491     if (C == Op0 && NoOp1WrapProblem)
3492       return new ICmpInst(Pred, D, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
3493
3494     // icmp (Y-X), (Z-X) -> icmp Y, Z for equalities or if there is no overflow.
3495     if (B && D && B == D && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3496         // Try not to increase register pressure.
3497         BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3498       return new ICmpInst(Pred, A, C);
3499
3500     // icmp (X-Y), (X-Z) -> icmp Z, Y for equalities or if there is no overflow.
3501     if (A && C && A == C && NoOp0WrapProblem && NoOp1WrapProblem &&
3502         // Try not to increase register pressure.
3503         BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse())
3504       return new ICmpInst(Pred, D, B);
3505
3506     // icmp (0-X) < cst --> x > -cst
3507     if (NoOp0WrapProblem && ICmpInst::isSigned(Pred)) {
3508       Value *X;
3509       if (match(BO0, m_Neg(m_Value(X))))
3510         if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
3511           if (!RHSC->isMinValue(/*isSigned=*/true))
3512             return new ICmpInst(I.getSwappedPredicate(), X,
3513                                 ConstantExpr::getNeg(RHSC));
3514     }
3515
3516     BinaryOperator *SRem = nullptr;
3517     // icmp (srem X, Y), Y
3518     if (BO0 && BO0->getOpcode() == Instruction::SRem &&
3519         Op1 == BO0->getOperand(1))
3520       SRem = BO0;
3521     // icmp Y, (srem X, Y)
3522     else if (BO1 && BO1->getOpcode() == Instruction::SRem &&
3523              Op0 == BO1->getOperand(1))
3524       SRem = BO1;
3525     if (SRem) {
3526       // We don't check hasOneUse to avoid increasing register pressure because
3527       // the value we use is the same value this instruction was already using.
3528       switch (SRem == BO0 ? ICmpInst::getSwappedPredicate(Pred) : Pred) {
3529         default: break;
3530         case ICmpInst::ICMP_EQ:
3531           return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getFalse(I.getType()));
3532         case ICmpInst::ICMP_NE:
3533           return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantInt::getTrue(I.getType()));
3534         case ICmpInst::ICMP_SGT:
3535         case ICmpInst::ICMP_SGE:
3536           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SGT, SRem->getOperand(1),
3537                               Constant::getAllOnesValue(SRem->getType()));
3538         case ICmpInst::ICMP_SLT:
3539         case ICmpInst::ICMP_SLE:
3540           return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_SLT, SRem->getOperand(1),
3541                               Constant::getNullValue(SRem->getType()));
3542       }
3543     }
3544
3545     if (BO0 && BO1 && BO0->getOpcode() == BO1->getOpcode() &&
3546         BO0->hasOneUse() && BO1->hasOneUse() &&
3547         BO0->getOperand(1) == BO1->getOperand(1)) {
3548       switch (BO0->getOpcode()) {
3549       default: break;
3550       case Instruction::Add:
3551       case Instruction::Sub:
3552       case Instruction::Xor:
3553         if (I.isEquality())    // a+x icmp eq/ne b+x --> a icmp b
3554           return new ICmpInst(I.getPredicate(), BO0->getOperand(0),
3555                               BO1->getOperand(0));
3556         // icmp u/s (a ^ signbit), (b ^ signbit) --> icmp s/u a, b
3557         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO0->getOperand(1))) {
3558           if (CI->getValue().isSignBit()) {
3559             ICmpInst::Predicate Pred = I.isSigned()
3560                                            ? I.getUnsignedPredicate()
3561                                            : I.getSignedPredicate();
3562             return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0),
3563                                 BO1->getOperand(0));
3564           }
3565
3566           if (CI->isMaxValue(true)) {
3567             ICmpInst::Predicate Pred = I.isSigned()
3568                                            ? I.getUnsignedPredicate()
3569                                            : I.getSignedPredicate();
3570             Pred = I.getSwappedPredicate(Pred);
3571             return new ICmpInst(Pred, BO0->getOperand(0),
3572                                 BO1->getOperand(0));
3573           }
3574         }
3575         break;
3576       case Instruction::Mul:
3577         if (!I.isEquality())
3578           break;
3579
3580         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO0->getOperand(1))) {
3581           // a * Cst icmp eq/ne b * Cst --> a & Mask icmp b & Mask
3582           // Mask = -1 >> count-trailing-zeros(Cst).
3583           if (!CI->isZero() && !CI->isOne()) {
3584             const APInt &AP = CI->getValue();
3585             ConstantInt *Mask = ConstantInt::get(I.getContext(),
3586                                     APInt::getLowBitsSet(AP.getBitWidth(),
3587                                                          AP.getBitWidth() -
3588                                                     AP.countTrailingZeros()));
3589             Value *And1 = Builder->CreateAnd(BO0->getOperand(0), Mask);
3590             Value *And2 = Builder->CreateAnd(BO1->getOperand(0), Mask);
3591             return new ICmpInst(I.getPredicate(), And1, And2);
3592           }
3593         }
3594         break;
3595       case Instruction::UDiv:
3596       case Instruction::LShr:
3597         if (I.isSigned())
3598           break;
3599         // fall-through
3600       case Instruction::SDiv:
3601       case Instruction::AShr:
3602         if (!BO0->isExact() || !BO1->isExact())
3603           break;
3604         return new ICmpInst(I.getPredicate(), BO0->getOperand(0),
3605                             BO1->getOperand(0));
3606       case Instruction::Shl: {
3607         bool NUW = BO0->hasNoUnsignedWrap() && BO1->hasNoUnsignedWrap();
3608         bool NSW = BO0->hasNoSignedWrap() && BO1->hasNoSignedWrap();
3609         if (!NUW && !NSW)
3610           break;
3611         if (!NSW && I.isSigned())
3612           break;
3613         return new ICmpInst(I.getPredicate(), BO0->getOperand(0),
3614                             BO1->getOperand(0));
3615       }
3616       }
3617     }
3618
3619     if (BO0) {
3620       // Transform  A & (L - 1) `ult` L --> L != 0
3621       auto LSubOne = m_Add(m_Specific(Op1), m_AllOnes());
3622       auto BitwiseAnd =
3623           m_CombineOr(m_And(m_Value(), LSubOne), m_And(LSubOne, m_Value()));
3624
3625       if (match(BO0, BitwiseAnd) && I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_ULT) {
3626         auto *Zero = Constant::getNullValue(BO0->getType());
3627         return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_NE, Op1, Zero);
3628       }
3629     }
3630   }
3631
3632   { Value *A, *B;
3633     // Transform (A & ~B) == 0 --> (A & B) != 0
3634     // and       (A & ~B) != 0 --> (A & B) == 0
3635     // if A is a power of 2.
3636     if (match(Op0, m_And(m_Value(A), m_Not(m_Value(B)))) &&
3637         match(Op1, m_Zero()) &&
3638         isKnownToBeAPowerOfTwo(A, DL, false, 0, AC, &I, DT) && I.isEquality())
3639       return new ICmpInst(I.getInversePredicate(),
3640                           Builder->CreateAnd(A, B),
3641                           Op1);
3642
3643     // ~x < ~y --> y < x
3644     // ~x < cst --> ~cst < x
3645     if (match(Op0, m_Not(m_Value(A)))) {
3646       if (match(Op1, m_Not(m_Value(B))))
3647         return new ICmpInst(I.getPredicate(), B, A);
3648       if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
3649         return new ICmpInst(I.getPredicate(), ConstantExpr::getNot(RHSC), A);
3650     }
3651
3652     Instruction *AddI = nullptr;
3653     if (match(&I, m_UAddWithOverflow(m_Value(A), m_Value(B),
3654                                      m_Instruction(AddI))) &&
3655         isa<IntegerType>(A->getType())) {
3656       Value *Result;
3657       Constant *Overflow;
3658       if (OptimizeOverflowCheck(OCF_UNSIGNED_ADD, A, B, *AddI, Result,
3659                                 Overflow)) {
3660         ReplaceInstUsesWith(*AddI, Result);
3661         return ReplaceInstUsesWith(I, Overflow);
3662       }
3663     }
3664
3665     // (zext a) * (zext b)  --> llvm.umul.with.overflow.
3666     if (match(Op0, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
3667       if (Instruction *R = ProcessUMulZExtIdiom(I, Op0, Op1, *this))
3668         return R;
3669     }
3670     if (match(Op1, m_Mul(m_ZExt(m_Value(A)), m_ZExt(m_Value(B))))) {
3671       if (Instruction *R = ProcessUMulZExtIdiom(I, Op1, Op0, *this))
3672         return R;
3673     }
3674   }
3675
3676   if (I.isEquality()) {
3677     Value *A, *B, *C, *D;
3678
3679     if (match(Op0, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B)))) {
3680       if (A == Op1 || B == Op1) {    // (A^B) == A  ->  B == 0
3681         Value *OtherVal = A == Op1 ? B : A;
3682         return new ICmpInst(I.getPredicate(), OtherVal,
3683                             Constant::getNullValue(A->getType()));
3684       }
3685
3686       if (match(Op1, m_Xor(m_Value(C), m_Value(D)))) {
3687         // A^c1 == C^c2 --> A == C^(c1^c2)
3688         ConstantInt *C1, *C2;
3689         if (match(B, m_ConstantInt(C1)) &&
3690             match(D, m_ConstantInt(C2)) && Op1->hasOneUse()) {
3691           Constant *NC = Builder->getInt(C1->getValue() ^ C2->getValue());
3692           Value *Xor = Builder->CreateXor(C, NC);
3693           return new ICmpInst(I.getPredicate(), A, Xor);
3694         }
3695
3696         // A^B == A^D -> B == D
3697         if (A == C) return new ICmpInst(I.getPredicate(), B, D);
3698         if (A == D) return new ICmpInst(I.getPredicate(), B, C);
3699         if (B == C) return new ICmpInst(I.getPredicate(), A, D);
3700         if (B == D) return new ICmpInst(I.getPredicate(), A, C);
3701       }
3702     }
3703
3704     if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
3705         (A == Op0 || B == Op0)) {
3706       // A == (A^B)  ->  B == 0
3707       Value *OtherVal = A == Op0 ? B : A;
3708       return new ICmpInst(I.getPredicate(), OtherVal,
3709                           Constant::getNullValue(A->getType()));
3710     }
3711
3712     // (X&Z) == (Y&Z) -> (X^Y) & Z == 0
3713     if (match(Op0, m_OneUse(m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) &&
3714         match(Op1, m_OneUse(m_And(m_Value(C), m_Value(D))))) {
3715       Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
3716
3717       if (A == C) {
3718         X = B; Y = D; Z = A;
3719       } else if (A == D) {
3720         X = B; Y = C; Z = A;
3721       } else if (B == C) {
3722         X = A; Y = D; Z = B;
3723       } else if (B == D) {
3724         X = A; Y = C; Z = B;
3725       }
3726
3727       if (X) {   // Build (X^Y) & Z
3728         Op1 = Builder->CreateXor(X, Y);
3729         Op1 = Builder->CreateAnd(Op1, Z);
3730         I.setOperand(0, Op1);
3731         I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op1->getType()));
3732         return &I;
3733       }
3734     }
3735
3736     // Transform (zext A) == (B & (1<<X)-1) --> A == (trunc B)
3737     // and       (B & (1<<X)-1) == (zext A) --> A == (trunc B)
3738     ConstantInt *Cst1;
3739     if ((Op0->hasOneUse() &&
3740          match(Op0, m_ZExt(m_Value(A))) &&
3741          match(Op1, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1)))) ||
3742         (Op1->hasOneUse() &&
3743          match(Op0, m_And(m_Value(B), m_ConstantInt(Cst1))) &&
3744          match(Op1, m_ZExt(m_Value(A))))) {
3745       APInt Pow2 = Cst1->getValue() + 1;
3746       if (Pow2.isPowerOf2() && isa<IntegerType>(A->getType()) &&
3747           Pow2.logBase2() == cast<IntegerType>(A->getType())->getBitWidth())
3748         return new ICmpInst(I.getPredicate(), A,
3749                             Builder->CreateTrunc(B, A->getType()));
3750     }
3751
3752     // (A >> C) == (B >> C) --> (A^B) u< (1 << C)
3753     // For lshr and ashr pairs.
3754     if ((match(Op0, m_OneUse(m_LShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3755          match(Op1, m_OneUse(m_LShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) ||
3756         (match(Op0, m_OneUse(m_AShr(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3757          match(Op1, m_OneUse(m_AShr(m_Value(B), m_Specific(Cst1)))))) {
3758       unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3759       unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3760       if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3761         ICmpInst::Predicate Pred = I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE
3762                                        ? ICmpInst::ICMP_UGE
3763                                        : ICmpInst::ICMP_ULT;
3764         Value *Xor = Builder->CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3765         APInt CmpVal = APInt::getOneBitSet(TypeBits, ShAmt);
3766         return new ICmpInst(Pred, Xor, Builder->getInt(CmpVal));
3767       }
3768     }
3769
3770     // (A << C) == (B << C) --> ((A^B) & (~0U >> C)) == 0
3771     if (match(Op0, m_OneUse(m_Shl(m_Value(A), m_ConstantInt(Cst1)))) &&
3772         match(Op1, m_OneUse(m_Shl(m_Value(B), m_Specific(Cst1))))) {
3773       unsigned TypeBits = Cst1->getBitWidth();
3774       unsigned ShAmt = (unsigned)Cst1->getLimitedValue(TypeBits);
3775       if (ShAmt < TypeBits && ShAmt != 0) {
3776         Value *Xor = Builder->CreateXor(A, B, I.getName() + ".unshifted");
3777         APInt AndVal = APInt::getLowBitsSet(TypeBits, TypeBits - ShAmt);
3778         Value *And = Builder->CreateAnd(Xor, Builder->getInt(AndVal),
3779                                         I.getName() + ".mask");
3780         return new ICmpInst(I.getPredicate(), And,
3781                             Constant::getNullValue(Cst1->getType()));
3782       }
3783     }
3784
3785     // Transform "icmp eq (trunc (lshr(X, cst1)), cst" to
3786     // "icmp (and X, mask), cst"
3787     uint64_t ShAmt = 0;
3788     if (Op0->hasOneUse() &&
3789         match(Op0, m_Trunc(m_OneUse(m_LShr(m_Value(A),
3790                                            m_ConstantInt(ShAmt))))) &&
3791         match(Op1, m_ConstantInt(Cst1)) &&
3792         // Only do this when A has multiple uses.  This is most important to do
3793         // when it exposes other optimizations.
3794         !A->hasOneUse()) {
3795       unsigned ASize =cast<IntegerType>(A->getType())->getPrimitiveSizeInBits();
3796
3797       if (ShAmt < ASize) {
3798         APInt MaskV =
3799           APInt::getLowBitsSet(ASize, Op0->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
3800         MaskV <<= ShAmt;
3801
3802         APInt CmpV = Cst1->getValue().zext(ASize);
3803         CmpV <<= ShAmt;
3804
3805         Value *Mask = Builder->CreateAnd(A, Builder->getInt(MaskV));
3806         return new ICmpInst(I.getPredicate(), Mask, Builder->getInt(CmpV));
3807       }
3808     }
3809   }
3810
3811   // The 'cmpxchg' instruction returns an aggregate containing the old value and
3812   // an i1 which indicates whether or not we successfully did the swap.
3813   //
3814   // Replace comparisons between the old value and the expected value with the
3815   // indicator that 'cmpxchg' returns.
3816   //
3817   // N.B.  This transform is only valid when the 'cmpxchg' is not permitted to
3818   // spuriously fail.  In those cases, the old value may equal the expected
3819   // value but it is possible for the swap to not occur.
3820   if (I.getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3821     if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(Op0))
3822       if (auto *ACXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(EVI->getAggregateOperand()))
3823         if (EVI->getIndices()[0] == 0 && ACXI->getCompareOperand() == Op1 &&
3824             !ACXI->isWeak())
3825           return ExtractValueInst::Create(ACXI, 1);
3826
3827   {
3828     Value *X; ConstantInt *Cst;
3829     // icmp X+Cst, X
3830     if (match(Op0, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(Cst))) && Op1 == X)
3831       return FoldICmpAddOpCst(I, X, Cst, I.getPredicate());
3832
3833     // icmp X, X+Cst
3834     if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(Cst))) && Op0 == X)
3835       return FoldICmpAddOpCst(I, X, Cst, I.getSwappedPredicate());
3836   }
3837   return Changed ? &I : nullptr;
3838 }
3839
3840 /// FoldFCmp_IntToFP_Cst - Fold fcmp ([us]itofp x, cst) if possible.
3841 Instruction *InstCombiner::FoldFCmp_IntToFP_Cst(FCmpInst &I,
3842                                                 Instruction *LHSI,
3843                                                 Constant *RHSC) {
3844   if (!isa<ConstantFP>(RHSC)) return nullptr;
3845   const APFloat &RHS = cast<ConstantFP>(RHSC)->getValueAPF();
3846
3847   // Get the width of the mantissa.  We don't want to hack on conversions that
3848   // might lose information from the integer, e.g. "i64 -> float"
3849   int MantissaWidth = LHSI->getType()->getFPMantissaWidth();
3850   if (MantissaWidth == -1) return nullptr;  // Unknown.
3851
3852   IntegerType *IntTy = cast<IntegerType>(LHSI->getOperand(0)->getType());
3853
3854   bool LHSUnsigned = isa<UIToFPInst>(LHSI);
3855
3856   if (I.isEquality()) {
3857     FCmpInst::Predicate P = I.getPredicate();
3858     bool IsExact = false;
3859     APSInt RHSCvt(IntTy->getBitWidth(), LHSUnsigned);
3860     RHS.convertToInteger(RHSCvt, APFloat::rmNearestTiesToEven, &IsExact);
3861
3862     // If the floating point constant isn't an integer value, we know if we will
3863     // ever compare equal / not equal to it.
3864     if (!IsExact) {
3865       // TODO: Can never be -0.0 and other non-representable values
3866       APFloat RHSRoundInt(RHS);
3867       RHSRoundInt.roundToIntegral(APFloat::rmNearestTiesToEven);
3868       if (RHS.compare(RHSRoundInt) != APFloat::cmpEqual) {
3869         if (P == FCmpInst::FCMP_OEQ || P == FCmpInst::FCMP_UEQ)
3870           return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3871
3872         assert(P == FCmpInst::FCMP_ONE || P == FCmpInst::FCMP_UNE);
3873         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3874       }
3875     }
3876
3877     // TODO: If the constant is exactly representable, is it always OK to do
3878     // equality compares as integer?
3879   }
3880
3881   // Check to see that the input is converted from an integer type that is small
3882   // enough that preserves all bits.  TODO: check here for "known" sign bits.
3883   // This would allow us to handle (fptosi (x >>s 62) to float) if x is i64 f.e.
3884   unsigned InputSize = IntTy->getScalarSizeInBits();
3885
3886   // Following test does NOT adjust InputSize downwards for signed inputs,
3887   // because the most negative value still requires all the mantissa bits
3888   // to distinguish it from one less than that value.
3889   if ((int)InputSize > MantissaWidth) {
3890     // Conversion would lose accuracy. Check if loss can impact comparison.
3891     int Exp = ilogb(RHS);
3892     if (Exp == APFloat::IEK_Inf) {
3893       int MaxExponent = ilogb(APFloat::getLargest(RHS.getSemantics()));
3894       if (MaxExponent < (int)InputSize - !LHSUnsigned)
3895         // Conversion could create infinity.
3896         return nullptr;
3897     } else {
3898       // Note that if RHS is zero or NaN, then Exp is negative
3899       // and first condition is trivially false.
3900       if (MantissaWidth <= Exp && Exp <= (int)InputSize - !LHSUnsigned)
3901         // Conversion could affect comparison.
3902         return nullptr;
3903     }
3904   }
3905
3906   // Otherwise, we can potentially simplify the comparison.  We know that it
3907   // will always come through as an integer value and we know the constant is
3908   // not a NAN (it would have been previously simplified).
3909   assert(!RHS.isNaN() && "NaN comparison not already folded!");
3910
3911   ICmpInst::Predicate Pred;
3912   switch (I.getPredicate()) {
3913   default: llvm_unreachable("Unexpected predicate!");
3914   case FCmpInst::FCMP_UEQ:
3915   case FCmpInst::FCMP_OEQ:
3916     Pred = ICmpInst::ICMP_EQ;
3917     break;
3918   case FCmpInst::FCMP_UGT:
3919   case FCmpInst::FCMP_OGT:
3920     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGT : ICmpInst::ICMP_SGT;
3921     break;
3922   case FCmpInst::FCMP_UGE:
3923   case FCmpInst::FCMP_OGE:
3924     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_SGE;
3925     break;
3926   case FCmpInst::FCMP_ULT:
3927   case FCmpInst::FCMP_OLT:
3928     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULT : ICmpInst::ICMP_SLT;
3929     break;
3930   case FCmpInst::FCMP_ULE:
3931   case FCmpInst::FCMP_OLE:
3932     Pred = LHSUnsigned ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_SLE;
3933     break;
3934   case FCmpInst::FCMP_UNE:
3935   case FCmpInst::FCMP_ONE:
3936     Pred = ICmpInst::ICMP_NE;
3937     break;
3938   case FCmpInst::FCMP_ORD:
3939     return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3940   case FCmpInst::FCMP_UNO:
3941     return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3942   }
3943
3944   // Now we know that the APFloat is a normal number, zero or inf.
3945
3946   // See if the FP constant is too large for the integer.  For example,
3947   // comparing an i8 to 300.0.
3948   unsigned IntWidth = IntTy->getScalarSizeInBits();
3949
3950   if (!LHSUnsigned) {
3951     // If the RHS value is > SignedMax, fold the comparison.  This handles +INF
3952     // and large values.
3953     APFloat SMax(RHS.getSemantics());
3954     SMax.convertFromAPInt(APInt::getSignedMaxValue(IntWidth), true,
3955                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
3956     if (SMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // smax < 13123.0
3957       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_SLT ||
3958           Pred == ICmpInst::ICMP_SLE)
3959         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3960       return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3961     }
3962   } else {
3963     // If the RHS value is > UnsignedMax, fold the comparison. This handles
3964     // +INF and large values.
3965     APFloat UMax(RHS.getSemantics());
3966     UMax.convertFromAPInt(APInt::getMaxValue(IntWidth), false,
3967                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
3968     if (UMax.compare(RHS) == APFloat::cmpLessThan) {  // umax < 13123.0
3969       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE  || Pred == ICmpInst::ICMP_ULT ||
3970           Pred == ICmpInst::ICMP_ULE)
3971         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3972       return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3973     }
3974   }
3975
3976   if (!LHSUnsigned) {
3977     // See if the RHS value is < SignedMin.
3978     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
3979     SMin.convertFromAPInt(APInt::getSignedMinValue(IntWidth), true,
3980                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
3981     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // smin > 12312.0
3982       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_SGT ||
3983           Pred == ICmpInst::ICMP_SGE)
3984         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3985       return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3986     }
3987   } else {
3988     // See if the RHS value is < UnsignedMin.
3989     APFloat SMin(RHS.getSemantics());
3990     SMin.convertFromAPInt(APInt::getMinValue(IntWidth), true,
3991                           APFloat::rmNearestTiesToEven);
3992     if (SMin.compare(RHS) == APFloat::cmpGreaterThan) { // umin > 12312.0
3993       if (Pred == ICmpInst::ICMP_NE || Pred == ICmpInst::ICMP_UGT ||
3994           Pred == ICmpInst::ICMP_UGE)
3995         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
3996       return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
3997     }
3998   }
3999
4000   // Okay, now we know that the FP constant fits in the range [SMIN, SMAX] or
4001   // [0, UMAX], but it may still be fractional.  See if it is fractional by
4002   // casting the FP value to the integer value and back, checking for equality.
4003   // Don't do this for zero, because -0.0 is not fractional.
4004   Constant *RHSInt = LHSUnsigned
4005     ? ConstantExpr::getFPToUI(RHSC, IntTy)
4006     : ConstantExpr::getFPToSI(RHSC, IntTy);
4007   if (!RHS.isZero()) {
4008     bool Equal = LHSUnsigned
4009       ? ConstantExpr::getUIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC
4010       : ConstantExpr::getSIToFP(RHSInt, RHSC->getType()) == RHSC;
4011     if (!Equal) {
4012       // If we had a comparison against a fractional value, we have to adjust
4013       // the compare predicate and sometimes the value.  RHSC is rounded towards
4014       // zero at this point.
4015       switch (Pred) {
4016       default: llvm_unreachable("Unexpected integer comparison!");
4017       case ICmpInst::ICMP_NE:  // (float)int != 4.4   --> true
4018         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4019       case ICmpInst::ICMP_EQ:  // (float)int == 4.4   --> false
4020         return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4021       case ICmpInst::ICMP_ULE:
4022         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
4023         // (float)int <= -4.4  --> false
4024         if (RHS.isNegative())
4025           return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4026         break;
4027       case ICmpInst::ICMP_SLE:
4028         // (float)int <= 4.4   --> int <= 4
4029         // (float)int <= -4.4  --> int < -4
4030         if (RHS.isNegative())
4031           Pred = ICmpInst::ICMP_SLT;
4032         break;
4033       case ICmpInst::ICMP_ULT:
4034         // (float)int < -4.4   --> false
4035         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
4036         if (RHS.isNegative())
4037           return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4038         Pred = ICmpInst::ICMP_ULE;
4039         break;
4040       case ICmpInst::ICMP_SLT:
4041         // (float)int < -4.4   --> int < -4
4042         // (float)int < 4.4    --> int <= 4
4043         if (!RHS.isNegative())
4044           Pred = ICmpInst::ICMP_SLE;
4045         break;
4046       case ICmpInst::ICMP_UGT:
4047         // (float)int > 4.4    --> int > 4
4048         // (float)int > -4.4   --> true
4049         if (RHS.isNegative())
4050           return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4051         break;
4052       case ICmpInst::ICMP_SGT:
4053         // (float)int > 4.4    --> int > 4
4054         // (float)int > -4.4   --> int >= -4
4055         if (RHS.isNegative())
4056           Pred = ICmpInst::ICMP_SGE;
4057         break;
4058       case ICmpInst::ICMP_UGE:
4059         // (float)int >= -4.4   --> true
4060         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
4061         if (RHS.isNegative())
4062           return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getTrue());
4063         Pred = ICmpInst::ICMP_UGT;
4064         break;
4065       case ICmpInst::ICMP_SGE:
4066         // (float)int >= -4.4   --> int >= -4
4067         // (float)int >= 4.4    --> int > 4
4068         if (!RHS.isNegative())
4069           Pred = ICmpInst::ICMP_SGT;
4070         break;
4071       }
4072     }
4073   }
4074
4075   // Lower this FP comparison into an appropriate integer version of the
4076   // comparison.
4077   return new ICmpInst(Pred, LHSI->getOperand(0), RHSInt);
4078 }
4079
4080 Instruction *InstCombiner::visitFCmpInst(FCmpInst &I) {
4081   bool Changed = false;
4082
4083   /// Orders the operands of the compare so that they are listed from most
4084   /// complex to least complex.  This puts constants before unary operators,
4085   /// before binary operators.
4086   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1))) {
4087     I.swapOperands();
4088     Changed = true;
4089   }
4090
4091   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
4092
4093   if (Value *V = SimplifyFCmpInst(I.getPredicate(), Op0, Op1,
4094                                   I.getFastMathFlags(), DL, TLI, DT, AC, &I))
4095     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
4096
4097   // Simplify 'fcmp pred X, X'
4098   if (Op0 == Op1) {
4099     switch (I.getPredicate()) {
4100     default: llvm_unreachable("Unknown predicate!");
4101     case FCmpInst::FCMP_UNO:    // True if unordered: isnan(X) | isnan(Y)
4102     case FCmpInst::FCMP_ULT:    // True if unordered or less than
4103     case FCmpInst::FCMP_UGT:    // True if unordered or greater than
4104     case FCmpInst::FCMP_UNE:    // True if unordered or not equal
4105       // Canonicalize these to be 'fcmp uno %X, 0.0'.
4106       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_UNO);
4107       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
4108       return &I;
4109
4110     case FCmpInst::FCMP_ORD:    // True if ordered (no nans)
4111     case FCmpInst::FCMP_OEQ:    // True if ordered and equal
4112     case FCmpInst::FCMP_OGE:    // True if ordered and greater than or equal
4113     case FCmpInst::FCMP_OLE:    // True if ordered and less than or equal
4114       // Canonicalize these to be 'fcmp ord %X, 0.0'.
4115       I.setPredicate(FCmpInst::FCMP_ORD);
4116       I.setOperand(1, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
4117       return &I;
4118     }
4119   }
4120
4121   // Test if the FCmpInst instruction is used exclusively by a select as
4122   // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
4123   // any other folding. This helps out other analyses which understand
4124   // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
4125   // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
4126   // operands has at least one user besides the compare (the select),
4127   // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
4128   if (I.hasOneUse())
4129     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(*I.user_begin()))
4130       if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
4131           (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
4132         return nullptr;
4133
4134   // Handle fcmp with constant RHS
4135   if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(Op1)) {
4136     if (Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(Op0))
4137       switch (LHSI->getOpcode()) {
4138       case Instruction::FPExt: {
4139         // fcmp (fpext x), C -> fcmp x, (fptrunc C) if fptrunc is lossless
4140         FPExtInst *LHSExt = cast<FPExtInst>(LHSI);
4141         ConstantFP *RHSF = dyn_cast<ConstantFP>(RHSC);
4142         if (!RHSF)
4143           break;
4144
4145         const fltSemantics *Sem;
4146         // FIXME: This shouldn't be here.
4147         if (LHSExt->getSrcTy()->isHalfTy())
4148           Sem = &APFloat::IEEEhalf;
4149         else if (LHSExt->getSrcTy()->isFloatTy())
4150           Sem = &APFloat::IEEEsingle;
4151         else if (LHSExt->getSrcTy()->isDoubleTy())
4152           Sem = &APFloat::IEEEdouble;
4153         else if (LHSExt->getSrcTy()->isFP128Ty())
4154           Sem = &APFloat::IEEEquad;
4155         else if (LHSExt->getSrcTy()->isX86_FP80Ty())
4156           Sem = &APFloat::x87DoubleExtended;
4157         else if (LHSExt->getSrcTy()->isPPC_FP128Ty())
4158           Sem = &APFloat::PPCDoubleDouble;
4159         else
4160           break;
4161
4162         bool Lossy;
4163         APFloat F = RHSF->getValueAPF();
4164         F.convert(*Sem, APFloat::rmNearestTiesToEven, &Lossy);
4165
4166         // Avoid lossy conversions and denormals. Zero is a special case
4167         // that's OK to convert.
4168         APFloat Fabs = F;
4169         Fabs.clearSign();
4170         if (!Lossy &&
4171             ((Fabs.compare(APFloat::getSmallestNormalized(*Sem)) !=
4172                  APFloat::cmpLessThan) || Fabs.isZero()))
4173
4174           return new FCmpInst(I.getPredicate(), LHSExt->getOperand(0),
4175                               ConstantFP::get(RHSC->getContext(), F));
4176         break;
4177       }
4178       case Instruction::PHI:
4179         // Only fold fcmp into the PHI if the phi and fcmp are in the same
4180         // block.  If in the same block, we're encouraging jump threading.  If
4181         // not, we are just pessimizing the code by making an i1 phi.
4182         if (LHSI->getParent() == I.getParent())
4183           if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
4184             return NV;
4185         break;
4186       case Instruction::SIToFP:
4187       case Instruction::UIToFP:
4188         if (Instruction *NV = FoldFCmp_IntToFP_Cst(I, LHSI, RHSC))
4189           return NV;
4190         break;
4191       case Instruction::FSub: {
4192         // fcmp pred (fneg x), C -> fcmp swap(pred) x, -C
4193         Value *Op;
4194         if (match(LHSI, m_FNeg(m_Value(Op))))
4195           return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), Op,
4196                               ConstantExpr::getFNeg(RHSC));
4197         break;
4198       }
4199       case Instruction::Load:
4200         if (GetElementPtrInst *GEP =
4201             dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHSI->getOperand(0))) {
4202           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GEP->getOperand(0)))
4203             if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer() &&
4204                 !cast<LoadInst>(LHSI)->isVolatile())
4205               if (Instruction *Res = FoldCmpLoadFromIndexedGlobal(GEP, GV, I))
4206                 return Res;
4207         }
4208         break;
4209       case Instruction::Call: {
4210         if (!RHSC->isNullValue())
4211           break;
4212
4213         CallInst *CI = cast<CallInst>(LHSI);
4214         const Function *F = CI->getCalledFunction();
4215         if (!F)
4216           break;
4217
4218         // Various optimization for fabs compared with zero.
4219         LibFunc::Func Func;
4220         if (F->getIntrinsicID() == Intrinsic::fabs ||
4221             (TLI->getLibFunc(F->getName(), Func) && TLI->has(Func) &&
4222              (Func == LibFunc::fabs || Func == LibFunc::fabsf ||
4223               Func == LibFunc::fabsl))) {
4224           switch (I.getPredicate()) {
4225           default:
4226             break;
4227             // fabs(x) < 0 --> false
4228           case FCmpInst::FCMP_OLT:
4229             return ReplaceInstUsesWith(I, Builder->getFalse());
4230             // fabs(x) > 0 --> x != 0
4231           case FCmpInst::FCMP_OGT:
4232             return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_ONE, CI->getArgOperand(0), RHSC);
4233             // fabs(x) <= 0 --> x == 0
4234           case FCmpInst::FCMP_OLE:
4235             return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_OEQ, CI->getArgOperand(0), RHSC);
4236             // fabs(x) >= 0 --> !isnan(x)
4237           case FCmpInst::FCMP_OGE:
4238             return new FCmpInst(FCmpInst::FCMP_ORD, CI->getArgOperand(0), RHSC);
4239             // fabs(x) == 0 --> x == 0
4240             // fabs(x) != 0 --> x != 0
4241           case FCmpInst::FCMP_OEQ:
4242           case FCmpInst::FCMP_UEQ:
4243           case FCmpInst::FCMP_ONE:
4244           case FCmpInst::FCMP_UNE:
4245             return new FCmpInst(I.getPredicate(), CI->getArgOperand(0), RHSC);
4246           }
4247         }
4248       }
4249       }
4250   }
4251
4252   // fcmp pred (fneg x), (fneg y) -> fcmp swap(pred) x, y
4253   Value *X, *Y;
4254   if (match(Op0, m_FNeg(m_Value(X))) && match(Op1, m_FNeg(m_Value(Y))))
4255     return new FCmpInst(I.getSwappedPredicate(), X, Y);
4256
4257   // fcmp (fpext x), (fpext y) -> fcmp x, y
4258   if (FPExtInst *LHSExt = dyn_cast<FPExtInst>(Op0))
4259     if (FPExtInst *RHSExt = dyn_cast<FPExtInst>(Op1))
4260       if (LHSExt->getSrcTy() == RHSExt->getSrcTy())
4261         return new FCmpInst(I.getPredicate(), LHSExt->getOperand(0),
4262                             RHSExt->getOperand(0));
4263
4264   return Changed ? &I : nullptr;
4265 }