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