lib/Transforms/InstCombine/InstCombineMulDivRem.cpp

   1 //===- InstCombineMulDivRem.cpp -------------------------------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the visit functions for mul, fmul, sdiv, udiv, fdiv,
  11 // srem, urem, frem.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "InstCombine.h"
  16 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  17 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  18 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  19 using namespace llvm;
  20 using namespace PatternMatch;
  21
  22
  23 /// simplifyValueKnownNonZero - The specific integer value is used in a context
  24 /// where it is known to be non-zero.  If this allows us to simplify the
  25 /// computation, do so and return the new operand, otherwise return null.
  26 static Value *simplifyValueKnownNonZero(Value *V, InstCombiner &IC) {
  27   // If V has multiple uses, then we would have to do more analysis to determine
  28   // if this is safe.  For example, the use could be in dynamically unreached
  29   // code.
  30   if (!V->hasOneUse()) return 0;
  31
  32   bool MadeChange = false;
  33
  34   // ((1 << A) >>u B) --> (1 << (A-B))
  35   // Because V cannot be zero, we know that B is less than A.
  36   Value *A = 0, *B = 0, *PowerOf2 = 0;
  37   if (match(V, m_LShr(m_OneUse(m_Shl(m_Value(PowerOf2), m_Value(A))),
  38                       m_Value(B))) &&
  39       // The "1" can be any value known to be a power of 2.
  40       isKnownToBeAPowerOfTwo(PowerOf2)) {
  41     A = IC.Builder->CreateSub(A, B);
  42     return IC.Builder->CreateShl(PowerOf2, A);
  43   }
  44
  45   // (PowerOfTwo >>u B) --> isExact since shifting out the result would make it
  46   // inexact.  Similarly for <<.
  47   if (BinaryOperator *I = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
  48     if (I->isLogicalShift() && isKnownToBeAPowerOfTwo(I->getOperand(0))) {
  49       // We know that this is an exact/nuw shift and that the input is a
  50       // non-zero context as well.
  51       if (Value *V2 = simplifyValueKnownNonZero(I->getOperand(0), IC)) {
  52         I->setOperand(0, V2);
  53         MadeChange = true;
  54       }
  55
  56       if (I->getOpcode() == Instruction::LShr && !I->isExact()) {
  57         I->setIsExact();
  58         MadeChange = true;
  59       }
  60
  61       if (I->getOpcode() == Instruction::Shl && !I->hasNoUnsignedWrap()) {
  62         I->setHasNoUnsignedWrap();
  63         MadeChange = true;
  64       }
  65     }
  66
  67   // TODO: Lots more we could do here:
  68   //    If V is a phi node, we can call this on each of its operands.
  69   //    "select cond, X, 0" can simplify to "X".
  70
  71   return MadeChange ? V : 0;
  72 }
  73
  74
  75 /// MultiplyOverflows - True if the multiply can not be expressed in an int
  76 /// this size.
  77 static bool MultiplyOverflows(ConstantInt *C1, ConstantInt *C2, bool sign) {
  78   uint32_t W = C1->getBitWidth();
  79   APInt LHSExt = C1->getValue(), RHSExt = C2->getValue();
  80   if (sign) {
  81     LHSExt = LHSExt.sext(W * 2);
  82     RHSExt = RHSExt.sext(W * 2);
  83   } else {
  84     LHSExt = LHSExt.zext(W * 2);
  85     RHSExt = RHSExt.zext(W * 2);
  86   }
  87
  88   APInt MulExt = LHSExt * RHSExt;
  89
  90   if (!sign)
  91     return MulExt.ugt(APInt::getLowBitsSet(W * 2, W));
  92
  93   APInt Min = APInt::getSignedMinValue(W).sext(W * 2);
  94   APInt Max = APInt::getSignedMaxValue(W).sext(W * 2);
  95   return MulExt.slt(Min) || MulExt.sgt(Max);
  96 }
  97
  98 /// \brief A helper routine of InstCombiner::visitMul().
  99 ///
 100 /// If C is a vector of known powers of 2, then this function returns
 101 /// a new vector obtained from C replacing each element with its logBase2.
 102 /// Return a null pointer otherwise.
 103 static Constant *getLogBase2Vector(ConstantDataVector *CV) {
 104   const APInt *IVal;
 105   SmallVector<Constant *, 4> Elts;
 106
 107   for (unsigned I = 0, E = CV->getNumElements(); I != E; ++I) {
 108     Constant *Elt = CV->getElementAsConstant(I);
 109     if (!match(Elt, m_APInt(IVal)) || !IVal->isPowerOf2())
 110       return 0;
 111     Elts.push_back(ConstantInt::get(Elt->getType(), IVal->logBase2()));
 112   }
 113
 114   return ConstantVector::get(Elts);
 115 }
 116
 117 Instruction *InstCombiner::visitMul(BinaryOperator &I) {
 118   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 119   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 120
 121   if (Value *V = SimplifyMulInst(Op0, Op1, TD))
 122     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 123
 124   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
 125     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 126
 127   if (match(Op1, m_AllOnes()))  // X * -1 == 0 - X
 128     return BinaryOperator::CreateNeg(Op0, I.getName());
 129
 130   // Also allow combining multiply instructions on vectors.
 131   {
 132     Value *NewOp;
 133     Constant *C1, *C2;
 134     const APInt *IVal;
 135     if (match(&I, m_Mul(m_Shl(m_Value(NewOp), m_Constant(C2)),
 136                         m_Constant(C1))) &&
 137         match(C1, m_APInt(IVal)))
 138       // ((X << C1)*C2) == (X * (C2 << C1))
 139       return BinaryOperator::CreateMul(NewOp, ConstantExpr::getShl(C1, C2));
 140
 141     if (match(&I, m_Mul(m_Value(NewOp), m_Constant(C1)))) {
 142       Constant *NewCst = 0;
 143       if (match(C1, m_APInt(IVal)) && IVal->isPowerOf2())
 144         // Replace X*(2^C) with X << C, where C is either a scalar or a splat.
 145         NewCst = ConstantInt::get(NewOp->getType(), IVal->logBase2());
 146       else if (ConstantDataVector *CV = dyn_cast<ConstantDataVector>(C1))
 147         // Replace X*(2^C) with X << C, where C is a vector of known
 148         // constant powers of 2.
 149         NewCst = getLogBase2Vector(CV);
 150
 151       if (NewCst) {
 152         BinaryOperator *Shl = BinaryOperator::CreateShl(NewOp, NewCst);
 153         if (I.hasNoSignedWrap()) Shl->setHasNoSignedWrap();
 154         if (I.hasNoUnsignedWrap()) Shl->setHasNoUnsignedWrap();
 155         return Shl;
 156       }
 157     }
 158   }
 159
 160   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 161     // Canonicalize (X+C1)*CI -> X*CI+C1*CI.
 162     { Value *X; ConstantInt *C1;
 163       if (Op0->hasOneUse() &&
 164           match(Op0, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C1)))) {
 165         Value *Add = Builder->CreateMul(X, CI);
 166         return BinaryOperator::CreateAdd(Add, Builder->CreateMul(C1, CI));
 167       }
 168     }
 169
 170     // (Y - X) * (-(2**n)) -> (X - Y) * (2**n), for positive nonzero n
 171     // (Y + const) * (-(2**n)) -> (-constY) * (2**n), for positive nonzero n
 172     // The "* (2**n)" thus becomes a potential shifting opportunity.
 173     {
 174       const APInt &   Val = CI->getValue();
 175       const APInt &PosVal = Val.abs();
 176       if (Val.isNegative() && PosVal.isPowerOf2()) {
 177         Value *X = 0, *Y = 0;
 178         if (Op0->hasOneUse()) {
 179           ConstantInt *C1;
 180           Value *Sub = 0;
 181           if (match(Op0, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(X))))
 182             Sub = Builder->CreateSub(X, Y, "suba");
 183           else if (match(Op0, m_Add(m_Value(Y), m_ConstantInt(C1))))
 184             Sub = Builder->CreateSub(Builder->CreateNeg(C1), Y, "subc");
 185           if (Sub)
 186             return
 187               BinaryOperator::CreateMul(Sub,
 188                                         ConstantInt::get(Y->getType(), PosVal));
 189         }
 190       }
 191     }
 192   }
 193
 194   // Simplify mul instructions with a constant RHS.
 195   if (isa<Constant>(Op1)) {
 196     // Try to fold constant mul into select arguments.
 197     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 198       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 199         return R;
 200
 201     if (isa<PHINode>(Op0))
 202       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 203         return NV;
 204   }
 205
 206   if (Value *Op0v = dyn_castNegVal(Op0))     // -X * -Y = X*Y
 207     if (Value *Op1v = dyn_castNegVal(Op1))
 208       return BinaryOperator::CreateMul(Op0v, Op1v);
 209
 210   // (X / Y) *  Y = X - (X % Y)
 211   // (X / Y) * -Y = (X % Y) - X
 212   {
 213     Value *Op1C = Op1;
 214     BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0);
 215     if (!BO ||
 216         (BO->getOpcode() != Instruction::UDiv &&
 217          BO->getOpcode() != Instruction::SDiv)) {
 218       Op1C = Op0;
 219       BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1);
 220     }
 221     Value *Neg = dyn_castNegVal(Op1C);
 222     if (BO && BO->hasOneUse() &&
 223         (BO->getOperand(1) == Op1C || BO->getOperand(1) == Neg) &&
 224         (BO->getOpcode() == Instruction::UDiv ||
 225          BO->getOpcode() == Instruction::SDiv)) {
 226       Value *Op0BO = BO->getOperand(0), *Op1BO = BO->getOperand(1);
 227
 228       // If the division is exact, X % Y is zero, so we end up with X or -X.
 229       if (PossiblyExactOperator *SDiv = dyn_cast<PossiblyExactOperator>(BO))
 230         if (SDiv->isExact()) {
 231           if (Op1BO == Op1C)
 232             return ReplaceInstUsesWith(I, Op0BO);
 233           return BinaryOperator::CreateNeg(Op0BO);
 234         }
 235
 236       Value *Rem;
 237       if (BO->getOpcode() == Instruction::UDiv)
 238         Rem = Builder->CreateURem(Op0BO, Op1BO);
 239       else
 240         Rem = Builder->CreateSRem(Op0BO, Op1BO);
 241       Rem->takeName(BO);
 242
 243       if (Op1BO == Op1C)
 244         return BinaryOperator::CreateSub(Op0BO, Rem);
 245       return BinaryOperator::CreateSub(Rem, Op0BO);
 246     }
 247   }
 248
 249   /// i1 mul -> i1 and.
 250   if (I.getType()->isIntegerTy(1))
 251     return BinaryOperator::CreateAnd(Op0, Op1);
 252
 253   // X*(1 << Y) --> X << Y
 254   // (1 << Y)*X --> X << Y
 255   {
 256     Value *Y;
 257     if (match(Op0, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
 258       return BinaryOperator::CreateShl(Op1, Y);
 259     if (match(Op1, m_Shl(m_One(), m_Value(Y))))
 260       return BinaryOperator::CreateShl(Op0, Y);
 261   }
 262
 263   // If one of the operands of the multiply is a cast from a boolean value, then
 264   // we know the bool is either zero or one, so this is a 'masking' multiply.
 265   //   X * Y (where Y is 0 or 1) -> X & (0-Y)
 266   if (!I.getType()->isVectorTy()) {
 267     // -2 is "-1 << 1" so it is all bits set except the low one.
 268     APInt Negative2(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits(), (uint64_t)-2, true);
 269
 270     Value *BoolCast = 0, *OtherOp = 0;
 271     if (MaskedValueIsZero(Op0, Negative2))
 272       BoolCast = Op0, OtherOp = Op1;
 273     else if (MaskedValueIsZero(Op1, Negative2))
 274       BoolCast = Op1, OtherOp = Op0;
 275
 276     if (BoolCast) {
 277       Value *V = Builder->CreateSub(Constant::getNullValue(I.getType()),
 278                                     BoolCast);
 279       return BinaryOperator::CreateAnd(V, OtherOp);
 280     }
 281   }
 282
 283   return Changed ? &I : 0;
 284 }
 285
 286 //
 287 // Detect pattern:
 288 //
 289 // log2(Y*0.5)
 290 //
 291 // And check for corresponding fast math flags
 292 //
 293
 294 static void detectLog2OfHalf(Value *&Op, Value *&Y, IntrinsicInst *&Log2) {
 295
 296    if (!Op->hasOneUse())
 297      return;
 298
 299    IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Op);
 300    if (!II)
 301      return;
 302    if (II->getIntrinsicID() != Intrinsic::log2 || !II->hasUnsafeAlgebra())
 303      return;
 304    Log2 = II;
 305
 306    Value *OpLog2Of = II->getArgOperand(0);
 307    if (!OpLog2Of->hasOneUse())
 308      return;
 309
 310    Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OpLog2Of);
 311    if (!I)
 312      return;
 313    if (I->getOpcode() != Instruction::FMul || !I->hasUnsafeAlgebra())
 314      return;
 315
 316    ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
 317    if (CFP && CFP->isExactlyValue(0.5)) {
 318      Y = I->getOperand(1);
 319      return;
 320    }
 321    CFP = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
 322    if (CFP && CFP->isExactlyValue(0.5))
 323      Y = I->getOperand(0);
 324 }
 325
 326 /// Helper function of InstCombiner::visitFMul(BinaryOperator(). It returns
 327 /// true iff the given value is FMul or FDiv with one and only one operand
 328 /// being a normal constant (i.e. not Zero/NaN/Infinity).
 329 static bool isFMulOrFDivWithConstant(Value *V) {
 330   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
 331   if (!I || (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
 332              I->getOpcode() != Instruction::FDiv))
 333     return false;
 334
 335   ConstantFP *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(0));
 336   ConstantFP *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(I->getOperand(1));
 337
 338   if (C0 && C1)
 339     return false;
 340
 341   return (C0 && C0->getValueAPF().isFiniteNonZero()) ||
 342          (C1 && C1->getValueAPF().isFiniteNonZero());
 343 }
 344
 345 static bool isNormalFp(const ConstantFP *C) {
 346   const APFloat &Flt = C->getValueAPF();
 347   return Flt.isNormal();
 348 }
 349
 350 /// foldFMulConst() is a helper routine of InstCombiner::visitFMul().
 351 /// The input \p FMulOrDiv is a FMul/FDiv with one and only one operand
 352 /// being a constant (i.e. isFMulOrFDivWithConstant(FMulOrDiv) == true).
 353 /// This function is to simplify "FMulOrDiv * C" and returns the
 354 /// resulting expression. Note that this function could return NULL in
 355 /// case the constants cannot be folded into a normal floating-point.
 356 ///
 357 Value *InstCombiner::foldFMulConst(Instruction *FMulOrDiv, ConstantFP *C,
 358                                    Instruction *InsertBefore) {
 359   assert(isFMulOrFDivWithConstant(FMulOrDiv) && "V is invalid");
 360
 361   Value *Opnd0 = FMulOrDiv->getOperand(0);
 362   Value *Opnd1 = FMulOrDiv->getOperand(1);
 363
 364   ConstantFP *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0);
 365   ConstantFP *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1);
 366
 367   BinaryOperator *R = 0;
 368
 369   // (X * C0) * C => X * (C0*C)
 370   if (FMulOrDiv->getOpcode() == Instruction::FMul) {
 371     Constant *F = ConstantExpr::getFMul(C1 ? C1 : C0, C);
 372     if (isNormalFp(cast<ConstantFP>(F)))
 373       R = BinaryOperator::CreateFMul(C1 ? Opnd0 : Opnd1, F);
 374   } else {
 375     if (C0) {
 376       // (C0 / X) * C => (C0 * C) / X
 377       if (FMulOrDiv->hasOneUse()) {
 378         // It would otherwise introduce another div.
 379         ConstantFP *F = cast<ConstantFP>(ConstantExpr::getFMul(C0, C));
 380         if (isNormalFp(F))
 381           R = BinaryOperator::CreateFDiv(F, Opnd1);
 382       }
 383     } else {
 384       // (X / C1) * C => X * (C/C1) if C/C1 is not a denormal
 385       ConstantFP *F = cast<ConstantFP>(ConstantExpr::getFDiv(C, C1));
 386       if (isNormalFp(F)) {
 387         R = BinaryOperator::CreateFMul(Opnd0, F);
 388       } else {
 389         // (X / C1) * C => X / (C1/C)
 390         Constant *F = ConstantExpr::getFDiv(C1, C);
 391         if (isNormalFp(cast<ConstantFP>(F)))
 392           R = BinaryOperator::CreateFDiv(Opnd0, F);
 393       }
 394     }
 395   }
 396
 397   if (R) {
 398     R->setHasUnsafeAlgebra(true);
 399     InsertNewInstWith(R, *InsertBefore);
 400   }
 401
 402   return R;
 403 }
 404
 405 Instruction *InstCombiner::visitFMul(BinaryOperator &I) {
 406   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
 407   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 408
 409   if (isa<Constant>(Op0))
 410     std::swap(Op0, Op1);
 411
 412   if (Value *V = SimplifyFMulInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), TD))
 413     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 414
 415   bool AllowReassociate = I.hasUnsafeAlgebra();
 416
 417   // Simplify mul instructions with a constant RHS.
 418   if (isa<Constant>(Op1)) {
 419     // Try to fold constant mul into select arguments.
 420     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 421       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 422         return R;
 423
 424     if (isa<PHINode>(Op0))
 425       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 426         return NV;
 427
 428     ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(Op1);
 429
 430     // (fmul X, -1.0) --> (fsub -0.0, X)
 431     if (C && C->isExactlyValue(-1.0)) {
 432       Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(
 433         ConstantFP::getNegativeZero(C->getType()),
 434         Op0);
 435       RI->copyFastMathFlags(&I);
 436       return RI;
 437     }
 438
 439     if (C && AllowReassociate && C->getValueAPF().isFiniteNonZero()) {
 440       // Let MDC denote an expression in one of these forms:
 441       // X * C, C/X, X/C, where C is a constant.
 442       //
 443       // Try to simplify "MDC * Constant"
 444       if (isFMulOrFDivWithConstant(Op0)) {
 445         Value *V = foldFMulConst(cast<Instruction>(Op0), C, &I);
 446         if (V)
 447           return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 448       }
 449
 450       // (MDC +/- C1) * C => (MDC * C) +/- (C1 * C)
 451       Instruction *FAddSub = dyn_cast<Instruction>(Op0);
 452       if (FAddSub &&
 453           (FAddSub->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
 454            FAddSub->getOpcode() == Instruction::FSub)) {
 455         Value *Opnd0 = FAddSub->getOperand(0);
 456         Value *Opnd1 = FAddSub->getOperand(1);
 457         ConstantFP *C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0);
 458         ConstantFP *C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1);
 459         bool Swap = false;
 460         if (C0) {
 461           std::swap(C0, C1);
 462           std::swap(Opnd0, Opnd1);
 463           Swap = true;
 464         }
 465
 466         if (C1 && C1->getValueAPF().isFiniteNonZero() &&
 467             isFMulOrFDivWithConstant(Opnd0)) {
 468           Value *M1 = ConstantExpr::getFMul(C1, C);
 469           Value *M0 = isNormalFp(cast<ConstantFP>(M1)) ?
 470                       foldFMulConst(cast<Instruction>(Opnd0), C, &I) :
 471                       0;
 472           if (M0 && M1) {
 473             if (Swap && FAddSub->getOpcode() == Instruction::FSub)
 474               std::swap(M0, M1);
 475
 476             Instruction *RI = (FAddSub->getOpcode() == Instruction::FAdd)
 477                                   ? BinaryOperator::CreateFAdd(M0, M1)
 478                                   : BinaryOperator::CreateFSub(M0, M1);
 479             RI->copyFastMathFlags(&I);
 480             return RI;
 481           }
 482         }
 483       }
 484     }
 485   }
 486
 487
 488   // Under unsafe algebra do:
 489   // X * log2(0.5*Y) = X*log2(Y) - X
 490   if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
 491     Value *OpX = NULL;
 492     Value *OpY = NULL;
 493     IntrinsicInst *Log2;
 494     detectLog2OfHalf(Op0, OpY, Log2);
 495     if (OpY) {
 496       OpX = Op1;
 497     } else {
 498       detectLog2OfHalf(Op1, OpY, Log2);
 499       if (OpY) {
 500         OpX = Op0;
 501       }
 502     }
 503     // if pattern detected emit alternate sequence
 504     if (OpX && OpY) {
 505       BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 506       Builder->SetFastMathFlags(Log2->getFastMathFlags());
 507       Log2->setArgOperand(0, OpY);
 508       Value *FMulVal = Builder->CreateFMul(OpX, Log2);
 509       Value *FSub = Builder->CreateFSub(FMulVal, OpX);
 510       FSub->takeName(&I);
 511       return ReplaceInstUsesWith(I, FSub);
 512     }
 513   }
 514
 515   // Handle symmetric situation in a 2-iteration loop
 516   Value *Opnd0 = Op0;
 517   Value *Opnd1 = Op1;
 518   for (int i = 0; i < 2; i++) {
 519     bool IgnoreZeroSign = I.hasNoSignedZeros();
 520     if (BinaryOperator::isFNeg(Opnd0, IgnoreZeroSign)) {
 521       BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 522       Builder->SetFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
 523
 524       Value *N0 = dyn_castFNegVal(Opnd0, IgnoreZeroSign);
 525       Value *N1 = dyn_castFNegVal(Opnd1, IgnoreZeroSign);
 526
 527       // -X * -Y => X*Y
 528       if (N1) {
 529         Value *FMul = Builder->CreateFMul(N0, N1);
 530         FMul->takeName(&I);
 531         return ReplaceInstUsesWith(I, FMul);
 532       }
 533
 534       if (Opnd0->hasOneUse()) {
 535         // -X * Y => -(X*Y) (Promote negation as high as possible)
 536         Value *T = Builder->CreateFMul(N0, Opnd1);
 537         Value *Neg = Builder->CreateFNeg(T);
 538         Neg->takeName(&I);
 539         return ReplaceInstUsesWith(I, Neg);
 540       }
 541     }
 542
 543     // (X*Y) * X => (X*X) * Y where Y != X
 544     //  The purpose is two-fold:
 545     //   1) to form a power expression (of X).
 546     //   2) potentially shorten the critical path: After transformation, the
 547     //  latency of the instruction Y is amortized by the expression of X*X,
 548     //  and therefore Y is in a "less critical" position compared to what it
 549     //  was before the transformation.
 550     //
 551     if (AllowReassociate) {
 552       Value *Opnd0_0, *Opnd0_1;
 553       if (Opnd0->hasOneUse() &&
 554           match(Opnd0, m_FMul(m_Value(Opnd0_0), m_Value(Opnd0_1)))) {
 555         Value *Y = 0;
 556         if (Opnd0_0 == Opnd1 && Opnd0_1 != Opnd1)
 557           Y = Opnd0_1;
 558         else if (Opnd0_1 == Opnd1 && Opnd0_0 != Opnd1)
 559           Y = Opnd0_0;
 560
 561         if (Y) {
 562           BuilderTy::FastMathFlagGuard Guard(*Builder);
 563           Builder->SetFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
 564           Value *T = Builder->CreateFMul(Opnd1, Opnd1);
 565
 566           Value *R = Builder->CreateFMul(T, Y);
 567           R->takeName(&I);
 568           return ReplaceInstUsesWith(I, R);
 569         }
 570       }
 571     }
 572
 573     // B * (uitofp i1 C) -> select C, B, 0
 574     if (I.hasNoNaNs() && I.hasNoInfs() && I.hasNoSignedZeros()) {
 575       Value *LHS = Op0, *RHS = Op1;
 576       Value *B, *C;
 577       if (!match(RHS, m_UIToFP(m_Value(C))))
 578         std::swap(LHS, RHS);
 579
 580       if (match(RHS, m_UIToFP(m_Value(C))) && C->getType()->isIntegerTy(1)) {
 581         B = LHS;
 582         Value *Zero = ConstantFP::getNegativeZero(B->getType());
 583         return SelectInst::Create(C, B, Zero);
 584       }
 585     }
 586
 587     // A * (1 - uitofp i1 C) -> select C, 0, A
 588     if (I.hasNoNaNs() && I.hasNoInfs() && I.hasNoSignedZeros()) {
 589       Value *LHS = Op0, *RHS = Op1;
 590       Value *A, *C;
 591       if (!match(RHS, m_FSub(m_FPOne(), m_UIToFP(m_Value(C)))))
 592         std::swap(LHS, RHS);
 593
 594       if (match(RHS, m_FSub(m_FPOne(), m_UIToFP(m_Value(C)))) &&
 595           C->getType()->isIntegerTy(1)) {
 596         A = LHS;
 597         Value *Zero = ConstantFP::getNegativeZero(A->getType());
 598         return SelectInst::Create(C, Zero, A);
 599       }
 600     }
 601
 602     if (!isa<Constant>(Op1))
 603       std::swap(Opnd0, Opnd1);
 604     else
 605       break;
 606   }
 607
 608   return Changed ? &I : 0;
 609 }
 610
 611 /// SimplifyDivRemOfSelect - Try to fold a divide or remainder of a select
 612 /// instruction.
 613 bool InstCombiner::SimplifyDivRemOfSelect(BinaryOperator &I) {
 614   SelectInst *SI = cast<SelectInst>(I.getOperand(1));
 615
 616   // div/rem X, (Cond ? 0 : Y) -> div/rem X, Y
 617   int NonNullOperand = -1;
 618   if (Constant *ST = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
 619     if (ST->isNullValue())
 620       NonNullOperand = 2;
 621   // div/rem X, (Cond ? Y : 0) -> div/rem X, Y
 622   if (Constant *ST = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(2)))
 623     if (ST->isNullValue())
 624       NonNullOperand = 1;
 625
 626   if (NonNullOperand == -1)
 627     return false;
 628
 629   Value *SelectCond = SI->getOperand(0);
 630
 631   // Change the div/rem to use 'Y' instead of the select.
 632   I.setOperand(1, SI->getOperand(NonNullOperand));
 633
 634   // Okay, we know we replace the operand of the div/rem with 'Y' with no
 635   // problem.  However, the select, or the condition of the select may have
 636   // multiple uses.  Based on our knowledge that the operand must be non-zero,
 637   // propagate the known value for the select into other uses of it, and
 638   // propagate a known value of the condition into its other users.
 639
 640   // If the select and condition only have a single use, don't bother with this,
 641   // early exit.
 642   if (SI->use_empty() && SelectCond->hasOneUse())
 643     return true;
 644
 645   // Scan the current block backward, looking for other uses of SI.
 646   BasicBlock::iterator BBI = &I, BBFront = I.getParent()->begin();
 647
 648   while (BBI != BBFront) {
 649     --BBI;
 650     // If we found a call to a function, we can't assume it will return, so
 651     // information from below it cannot be propagated above it.
 652     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<IntrinsicInst>(BBI))
 653       break;
 654
 655     // Replace uses of the select or its condition with the known values.
 656     for (Instruction::op_iterator I = BBI->op_begin(), E = BBI->op_end();
 657          I != E; ++I) {
 658       if (*I == SI) {
 659         *I = SI->getOperand(NonNullOperand);
 660         Worklist.Add(BBI);
 661       } else if (*I == SelectCond) {
 662         *I = Builder->getInt1(NonNullOperand == 1);
 663         Worklist.Add(BBI);
 664       }
 665     }
 666
 667     // If we past the instruction, quit looking for it.
 668     if (&*BBI == SI)
 669       SI = 0;
 670     if (&*BBI == SelectCond)
 671       SelectCond = 0;
 672
 673     // If we ran out of things to eliminate, break out of the loop.
 674     if (SelectCond == 0 && SI == 0)
 675       break;
 676
 677   }
 678   return true;
 679 }
 680
 681
 682 /// This function implements the transforms common to both integer division
 683 /// instructions (udiv and sdiv). It is called by the visitors to those integer
 684 /// division instructions.
 685 /// @brief Common integer divide transforms
 686 Instruction *InstCombiner::commonIDivTransforms(BinaryOperator &I) {
 687   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 688
 689   // The RHS is known non-zero.
 690   if (Value *V = simplifyValueKnownNonZero(I.getOperand(1), *this)) {
 691     I.setOperand(1, V);
 692     return &I;
 693   }
 694
 695   // Handle cases involving: [su]div X, (select Cond, Y, Z)
 696   // This does not apply for fdiv.
 697   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
 698     return &I;
 699
 700   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 701     // (X / C1) / C2  -> X / (C1*C2)
 702     if (Instruction *LHS = dyn_cast<Instruction>(Op0))
 703       if (Instruction::BinaryOps(LHS->getOpcode()) == I.getOpcode())
 704         if (ConstantInt *LHSRHS = dyn_cast<ConstantInt>(LHS->getOperand(1))) {
 705           if (MultiplyOverflows(RHS, LHSRHS,
 706                                 I.getOpcode()==Instruction::SDiv))
 707             return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 708           return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), LHS->getOperand(0),
 709                                         ConstantExpr::getMul(RHS, LHSRHS));
 710         }
 711
 712     if (!RHS->isZero()) { // avoid X udiv 0
 713       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
 714         if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
 715           return R;
 716       if (isa<PHINode>(Op0))
 717         if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
 718           return NV;
 719     }
 720   }
 721
 722   // See if we can fold away this div instruction.
 723   if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
 724     return &I;
 725
 726   // (X - (X rem Y)) / Y -> X / Y; usually originates as ((X / Y) * Y) / Y
 727   Value *X = 0, *Z = 0;
 728   if (match(Op0, m_Sub(m_Value(X), m_Value(Z)))) { // (X - Z) / Y; Y = Op1
 729     bool isSigned = I.getOpcode() == Instruction::SDiv;
 730     if ((isSigned && match(Z, m_SRem(m_Specific(X), m_Specific(Op1)))) ||
 731         (!isSigned && match(Z, m_URem(m_Specific(X), m_Specific(Op1)))))
 732       return BinaryOperator::Create(I.getOpcode(), X, Op1);
 733   }
 734
 735   return 0;
 736 }
 737
 738 /// dyn_castZExtVal - Checks if V is a zext or constant that can
 739 /// be truncated to Ty without losing bits.
 740 static Value *dyn_castZExtVal(Value *V, Type *Ty) {
 741   if (ZExtInst *Z = dyn_cast<ZExtInst>(V)) {
 742     if (Z->getSrcTy() == Ty)
 743       return Z->getOperand(0);
 744   } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
 745     if (C->getValue().getActiveBits() <= cast<IntegerType>(Ty)->getBitWidth())
 746       return ConstantExpr::getTrunc(C, Ty);
 747   }
 748   return 0;
 749 }
 750
 751 namespace {
 752 const unsigned MaxDepth = 6;
 753 typedef Instruction *(*FoldUDivOperandCb)(Value *Op0, Value *Op1,
 754                                           const BinaryOperator &I,
 755                                           InstCombiner &IC);
 756
 757 /// \brief Used to maintain state for visitUDivOperand().
 758 struct UDivFoldAction {
 759   FoldUDivOperandCb FoldAction; ///< Informs visitUDiv() how to fold this
 760                                 ///< operand.  This can be zero if this action
 761                                 ///< joins two actions together.
 762
 763   Value *OperandToFold;         ///< Which operand to fold.
 764   union {
 765     Instruction *FoldResult;    ///< The instruction returned when FoldAction is
 766                                 ///< invoked.
 767
 768     size_t SelectLHSIdx;        ///< Stores the LHS action index if this action
 769                                 ///< joins two actions together.
 770   };
 771
 772   UDivFoldAction(FoldUDivOperandCb FA, Value *InputOperand)
 773       : FoldAction(FA), OperandToFold(InputOperand), FoldResult(0) {}
 774   UDivFoldAction(FoldUDivOperandCb FA, Value *InputOperand, size_t SLHS)
 775       : FoldAction(FA), OperandToFold(InputOperand), SelectLHSIdx(SLHS) {}
 776 };
 777 }
 778
 779 // X udiv 2^C -> X >> C
 780 static Instruction *foldUDivPow2Cst(Value *Op0, Value *Op1,
 781                                     const BinaryOperator &I, InstCombiner &IC) {
 782   const APInt &C = cast<Constant>(Op1)->getUniqueInteger();
 783   BinaryOperator *LShr = BinaryOperator::CreateLShr(
 784       Op0, ConstantInt::get(Op0->getType(), C.logBase2()));
 785   if (I.isExact()) LShr->setIsExact();
 786   return LShr;
 787 }
 788
 789 // X udiv C, where C >= signbit
 790 static Instruction *foldUDivNegCst(Value *Op0, Value *Op1,
 791                                    const BinaryOperator &I, InstCombiner &IC) {
 792   Value *ICI = IC.Builder->CreateICmpULT(Op0, cast<ConstantInt>(Op1));
 793
 794   return SelectInst::Create(ICI, Constant::getNullValue(I.getType()),
 795                             ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 796 }
 797
 798 // X udiv (C1 << N), where C1 is "1<<C2"  -->  X >> (N+C2)
 799 static Instruction *foldUDivShl(Value *Op0, Value *Op1, const BinaryOperator &I,
 800                                 InstCombiner &IC) {
 801   Instruction *ShiftLeft = cast<Instruction>(Op1);
 802   if (isa<ZExtInst>(ShiftLeft))
 803     ShiftLeft = cast<Instruction>(ShiftLeft->getOperand(0));
 804
 805   const APInt &CI =
 806       cast<Constant>(ShiftLeft->getOperand(0))->getUniqueInteger();
 807   Value *N = ShiftLeft->getOperand(1);
 808   if (CI != 1)
 809     N = IC.Builder->CreateAdd(N, ConstantInt::get(N->getType(), CI.logBase2()));
 810   if (ZExtInst *Z = dyn_cast<ZExtInst>(Op1))
 811     N = IC.Builder->CreateZExt(N, Z->getDestTy());
 812   BinaryOperator *LShr = BinaryOperator::CreateLShr(Op0, N);
 813   if (I.isExact()) LShr->setIsExact();
 814   return LShr;
 815 }
 816
 817 // \brief Recursively visits the possible right hand operands of a udiv
 818 // instruction, seeing through select instructions, to determine if we can
 819 // replace the udiv with something simpler.  If we find that an operand is not
 820 // able to simplify the udiv, we abort the entire transformation.
 821 static size_t visitUDivOperand(Value *Op0, Value *Op1, const BinaryOperator &I,
 822                                SmallVectorImpl<UDivFoldAction> &Actions,
 823                                unsigned Depth = 0) {
 824   // Check to see if this is an unsigned division with an exact power of 2,
 825   // if so, convert to a right shift.
 826   if (match(Op1, m_Power2())) {
 827     Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivPow2Cst, Op1));
 828     return Actions.size();
 829   }
 830
 831   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
 832     // X udiv C, where C >= signbit
 833     if (C->getValue().isNegative()) {
 834       Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivNegCst, C));
 835       return Actions.size();
 836     }
 837
 838   // X udiv (C1 << N), where C1 is "1<<C2"  -->  X >> (N+C2)
 839   if (match(Op1, m_Shl(m_Power2(), m_Value())) ||
 840       match(Op1, m_ZExt(m_Shl(m_Power2(), m_Value())))) {
 841     Actions.push_back(UDivFoldAction(foldUDivShl, Op1));
 842     return Actions.size();
 843   }
 844
 845   // The remaining tests are all recursive, so bail out if we hit the limit.
 846   if (Depth++ == MaxDepth)
 847     return 0;
 848
 849   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
 850     if (size_t LHSIdx = visitUDivOperand(Op0, SI->getOperand(1), I, Actions))
 851       if (visitUDivOperand(Op0, SI->getOperand(2), I, Actions)) {
 852         Actions.push_back(UDivFoldAction((FoldUDivOperandCb)0, Op1, LHSIdx-1));
 853         return Actions.size();
 854       }
 855
 856   return 0;
 857 }
 858
 859 Instruction *InstCombiner::visitUDiv(BinaryOperator &I) {
 860   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 861
 862   if (Value *V = SimplifyUDivInst(Op0, Op1, TD))
 863     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 864
 865   // Handle the integer div common cases
 866   if (Instruction *Common = commonIDivTransforms(I))
 867     return Common;
 868
 869   // (x lshr C1) udiv C2 --> x udiv (C2 << C1)
 870   if (ConstantInt *C2 = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 871     Value *X;
 872     ConstantInt *C1;
 873     if (match(Op0, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(C1)))) {
 874       APInt NC = C2->getValue().shl(C1->getLimitedValue(C1->getBitWidth()-1));
 875       return BinaryOperator::CreateUDiv(X, Builder->getInt(NC));
 876     }
 877   }
 878
 879   // (zext A) udiv (zext B) --> zext (A udiv B)
 880   if (ZExtInst *ZOp0 = dyn_cast<ZExtInst>(Op0))
 881     if (Value *ZOp1 = dyn_castZExtVal(Op1, ZOp0->getSrcTy()))
 882       return new ZExtInst(Builder->CreateUDiv(ZOp0->getOperand(0), ZOp1, "div",
 883                                               I.isExact()),
 884                           I.getType());
 885
 886   // (LHS udiv (select (select (...)))) -> (LHS >> (select (select (...))))
 887   SmallVector<UDivFoldAction, 6> UDivActions;
 888   if (visitUDivOperand(Op0, Op1, I, UDivActions))
 889     for (unsigned i = 0, e = UDivActions.size(); i != e; ++i) {
 890       FoldUDivOperandCb Action = UDivActions[i].FoldAction;
 891       Value *ActionOp1 = UDivActions[i].OperandToFold;
 892       Instruction *Inst;
 893       if (Action)
 894         Inst = Action(Op0, ActionOp1, I, *this);
 895       else {
 896         // This action joins two actions together.  The RHS of this action is
 897         // simply the last action we processed, we saved the LHS action index in
 898         // the joining action.
 899         size_t SelectRHSIdx = i - 1;
 900         Value *SelectRHS = UDivActions[SelectRHSIdx].FoldResult;
 901         size_t SelectLHSIdx = UDivActions[i].SelectLHSIdx;
 902         Value *SelectLHS = UDivActions[SelectLHSIdx].FoldResult;
 903         Inst = SelectInst::Create(cast<SelectInst>(ActionOp1)->getCondition(),
 904                                   SelectLHS, SelectRHS);
 905       }
 906
 907       // If this is the last action to process, return it to the InstCombiner.
 908       // Otherwise, we insert it before the UDiv and record it so that we may
 909       // use it as part of a joining action (i.e., a SelectInst).
 910       if (e - i != 1) {
 911         Inst->insertBefore(&I);
 912         UDivActions[i].FoldResult = Inst;
 913       } else
 914         return Inst;
 915     }
 916
 917   return 0;
 918 }
 919
 920 Instruction *InstCombiner::visitSDiv(BinaryOperator &I) {
 921   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 922
 923   if (Value *V = SimplifySDivInst(Op0, Op1, TD))
 924     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 925
 926   // Handle the integer div common cases
 927   if (Instruction *Common = commonIDivTransforms(I))
 928     return Common;
 929
 930   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 931     // sdiv X, -1 == -X
 932     if (RHS->isAllOnesValue())
 933       return BinaryOperator::CreateNeg(Op0);
 934
 935     // sdiv X, C  -->  ashr exact X, log2(C)
 936     if (I.isExact() && RHS->getValue().isNonNegative() &&
 937         RHS->getValue().isPowerOf2()) {
 938       Value *ShAmt = llvm::ConstantInt::get(RHS->getType(),
 939                                             RHS->getValue().exactLogBase2());
 940       return BinaryOperator::CreateExactAShr(Op0, ShAmt, I.getName());
 941     }
 942
 943     // -X/C  -->  X/-C  provided the negation doesn't overflow.
 944     if (SubOperator *Sub = dyn_cast<SubOperator>(Op0))
 945       if (match(Sub->getOperand(0), m_Zero()) && Sub->hasNoSignedWrap())
 946         return BinaryOperator::CreateSDiv(Sub->getOperand(1),
 947                                           ConstantExpr::getNeg(RHS));
 948   }
 949
 950   // If the sign bits of both operands are zero (i.e. we can prove they are
 951   // unsigned inputs), turn this into a udiv.
 952   if (I.getType()->isIntegerTy()) {
 953     APInt Mask(APInt::getSignBit(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
 954     if (MaskedValueIsZero(Op0, Mask)) {
 955       if (MaskedValueIsZero(Op1, Mask)) {
 956         // X sdiv Y -> X udiv Y, iff X and Y don't have sign bit set
 957         return BinaryOperator::CreateUDiv(Op0, Op1, I.getName());
 958       }
 959
 960       if (match(Op1, m_Shl(m_Power2(), m_Value()))) {
 961         // X sdiv (1 << Y) -> X udiv (1 << Y) ( -> X u>> Y)
 962         // Safe because the only negative value (1 << Y) can take on is
 963         // INT_MIN, and X sdiv INT_MIN == X udiv INT_MIN == 0 if X doesn't have
 964         // the sign bit set.
 965         return BinaryOperator::CreateUDiv(Op0, Op1, I.getName());
 966       }
 967     }
 968   }
 969
 970   return 0;
 971 }
 972
 973 /// CvtFDivConstToReciprocal tries to convert X/C into X*1/C if C not a special
 974 /// FP value and:
 975 ///    1) 1/C is exact, or
 976 ///    2) reciprocal is allowed.
 977 /// If the conversion was successful, the simplified expression "X * 1/C" is
 978 /// returned; otherwise, NULL is returned.
 979 ///
 980 static Instruction *CvtFDivConstToReciprocal(Value *Dividend,
 981                                              ConstantFP *Divisor,
 982                                              bool AllowReciprocal) {
 983   const APFloat &FpVal = Divisor->getValueAPF();
 984   APFloat Reciprocal(FpVal.getSemantics());
 985   bool Cvt = FpVal.getExactInverse(&Reciprocal);
 986
 987   if (!Cvt && AllowReciprocal && FpVal.isFiniteNonZero()) {
 988     Reciprocal = APFloat(FpVal.getSemantics(), 1.0f);
 989     (void)Reciprocal.divide(FpVal, APFloat::rmNearestTiesToEven);
 990     Cvt = !Reciprocal.isDenormal();
 991   }
 992
 993   if (!Cvt)
 994     return 0;
 995
 996   ConstantFP *R;
 997   R = ConstantFP::get(Dividend->getType()->getContext(), Reciprocal);
 998   return BinaryOperator::CreateFMul(Dividend, R);
 999 }
1000
1001 Instruction *InstCombiner::visitFDiv(BinaryOperator &I) {
1002   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1003
1004   if (Value *V = SimplifyFDivInst(Op0, Op1, TD))
1005     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1006
1007   if (isa<Constant>(Op0))
1008     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
1009       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1010         return R;
1011
1012   bool AllowReassociate = I.hasUnsafeAlgebra();
1013   bool AllowReciprocal = I.hasAllowReciprocal();
1014
1015   if (ConstantFP *Op1C = dyn_cast<ConstantFP>(Op1)) {
1016     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0))
1017       if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1018         return R;
1019
1020     if (AllowReassociate) {
1021       ConstantFP *C1 = 0;
1022       ConstantFP *C2 = Op1C;
1023       Value *X;
1024       Instruction *Res = 0;
1025
1026       if (match(Op0, m_FMul(m_Value(X), m_ConstantFP(C1)))) {
1027         // (X*C1)/C2 => X * (C1/C2)
1028         //
1029         Constant *C = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1030         const APFloat &F = cast<ConstantFP>(C)->getValueAPF();
1031         if (F.isNormal())
1032           Res = BinaryOperator::CreateFMul(X, C);
1033       } else if (match(Op0, m_FDiv(m_Value(X), m_ConstantFP(C1)))) {
1034         // (X/C1)/C2 => X /(C2*C1) [=> X * 1/(C2*C1) if reciprocal is allowed]
1035         //
1036         Constant *C = ConstantExpr::getFMul(C1, C2);
1037         const APFloat &F = cast<ConstantFP>(C)->getValueAPF();
1038         if (F.isNormal()) {
1039           Res = CvtFDivConstToReciprocal(X, cast<ConstantFP>(C),
1040                                          AllowReciprocal);
1041           if (!Res)
1042             Res = BinaryOperator::CreateFDiv(X, C);
1043         }
1044       }
1045
1046       if (Res) {
1047         Res->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1048         return Res;
1049       }
1050     }
1051
1052     // X / C => X * 1/C
1053     if (Instruction *T = CvtFDivConstToReciprocal(Op0, Op1C, AllowReciprocal))
1054       return T;
1055
1056     return 0;
1057   }
1058
1059   if (AllowReassociate && isa<ConstantFP>(Op0)) {
1060     ConstantFP *C1 = cast<ConstantFP>(Op0), *C2;
1061     Constant *Fold = 0;
1062     Value *X;
1063     bool CreateDiv = true;
1064
1065     // C1 / (X*C2) => (C1/C2) / X
1066     if (match(Op1, m_FMul(m_Value(X), m_ConstantFP(C2))))
1067       Fold = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1068     else if (match(Op1, m_FDiv(m_Value(X), m_ConstantFP(C2)))) {
1069       // C1 / (X/C2) => (C1*C2) / X
1070       Fold = ConstantExpr::getFMul(C1, C2);
1071     } else if (match(Op1, m_FDiv(m_ConstantFP(C2), m_Value(X)))) {
1072       // C1 / (C2/X) => (C1/C2) * X
1073       Fold = ConstantExpr::getFDiv(C1, C2);
1074       CreateDiv = false;
1075     }
1076
1077     if (Fold) {
1078       const APFloat &FoldC = cast<ConstantFP>(Fold)->getValueAPF();
1079       if (FoldC.isNormal()) {
1080         Instruction *R = CreateDiv ?
1081                          BinaryOperator::CreateFDiv(Fold, X) :
1082                          BinaryOperator::CreateFMul(X, Fold);
1083         R->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1084         return R;
1085       }
1086     }
1087     return 0;
1088   }
1089
1090   if (AllowReassociate) {
1091     Value *X, *Y;
1092     Value *NewInst = 0;
1093     Instruction *SimpR = 0;
1094
1095     if (Op0->hasOneUse() && match(Op0, m_FDiv(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1096       // (X/Y) / Z => X / (Y*Z)
1097       //
1098       if (!isa<ConstantFP>(Y) || !isa<ConstantFP>(Op1)) {
1099         NewInst = Builder->CreateFMul(Y, Op1);
1100         SimpR = BinaryOperator::CreateFDiv(X, NewInst);
1101       }
1102     } else if (Op1->hasOneUse() && match(Op1, m_FDiv(m_Value(X), m_Value(Y)))) {
1103       // Z / (X/Y) => Z*Y / X
1104       //
1105       if (!isa<ConstantFP>(Y) || !isa<ConstantFP>(Op0)) {
1106         NewInst = Builder->CreateFMul(Op0, Y);
1107         SimpR = BinaryOperator::CreateFDiv(NewInst, X);
1108       }
1109     }
1110
1111     if (NewInst) {
1112       if (Instruction *T = dyn_cast<Instruction>(NewInst))
1113         T->setDebugLoc(I.getDebugLoc());
1114       SimpR->setFastMathFlags(I.getFastMathFlags());
1115       return SimpR;
1116     }
1117   }
1118
1119   return 0;
1120 }
1121
1122 /// This function implements the transforms common to both integer remainder
1123 /// instructions (urem and srem). It is called by the visitors to those integer
1124 /// remainder instructions.
1125 /// @brief Common integer remainder transforms
1126 Instruction *InstCombiner::commonIRemTransforms(BinaryOperator &I) {
1127   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1128
1129   // The RHS is known non-zero.
1130   if (Value *V = simplifyValueKnownNonZero(I.getOperand(1), *this)) {
1131     I.setOperand(1, V);
1132     return &I;
1133   }
1134
1135   // Handle cases involving: rem X, (select Cond, Y, Z)
1136   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
1137     return &I;
1138
1139   if (isa<ConstantInt>(Op1)) {
1140     if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
1141       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op0I)) {
1142         if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
1143           return R;
1144       } else if (isa<PHINode>(Op0I)) {
1145         if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
1146           return NV;
1147       }
1148
1149       // See if we can fold away this rem instruction.
1150       if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
1151         return &I;
1152     }
1153   }
1154
1155   return 0;
1156 }
1157
1158 Instruction *InstCombiner::visitURem(BinaryOperator &I) {
1159   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1160
1161   if (Value *V = SimplifyURemInst(Op0, Op1, TD))
1162     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1163
1164   if (Instruction *common = commonIRemTransforms(I))
1165     return common;
1166
1167   // (zext A) urem (zext B) --> zext (A urem B)
1168   if (ZExtInst *ZOp0 = dyn_cast<ZExtInst>(Op0))
1169     if (Value *ZOp1 = dyn_castZExtVal(Op1, ZOp0->getSrcTy()))
1170       return new ZExtInst(Builder->CreateURem(ZOp0->getOperand(0), ZOp1),
1171                           I.getType());
1172
1173   // X urem Y -> X and Y-1, where Y is a power of 2,
1174   if (isKnownToBeAPowerOfTwo(Op1, /*OrZero*/true)) {
1175     Constant *N1 = Constant::getAllOnesValue(I.getType());
1176     Value *Add = Builder->CreateAdd(Op1, N1);
1177     return BinaryOperator::CreateAnd(Op0, Add);
1178   }
1179
1180   // 1 urem X -> zext(X != 1)
1181   if (match(Op0, m_One())) {
1182     Value *Cmp = Builder->CreateICmpNE(Op1, Op0);
1183     Value *Ext = Builder->CreateZExt(Cmp, I.getType());
1184     return ReplaceInstUsesWith(I, Ext);
1185   }
1186
1187   return 0;
1188 }
1189
1190 Instruction *InstCombiner::visitSRem(BinaryOperator &I) {
1191   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1192
1193   if (Value *V = SimplifySRemInst(Op0, Op1, TD))
1194     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1195
1196   // Handle the integer rem common cases
1197   if (Instruction *Common = commonIRemTransforms(I))
1198     return Common;
1199
1200   if (Value *RHSNeg = dyn_castNegVal(Op1))
1201     if (!isa<Constant>(RHSNeg) ||
1202         (isa<ConstantInt>(RHSNeg) &&
1203          cast<ConstantInt>(RHSNeg)->getValue().isStrictlyPositive())) {
1204       // X % -Y -> X % Y
1205       Worklist.AddValue(I.getOperand(1));
1206       I.setOperand(1, RHSNeg);
1207       return &I;
1208     }
1209
1210   // If the sign bits of both operands are zero (i.e. we can prove they are
1211   // unsigned inputs), turn this into a urem.
1212   if (I.getType()->isIntegerTy()) {
1213     APInt Mask(APInt::getSignBit(I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()));
1214     if (MaskedValueIsZero(Op1, Mask) && MaskedValueIsZero(Op0, Mask)) {
1215       // X srem Y -> X urem Y, iff X and Y don't have sign bit set
1216       return BinaryOperator::CreateURem(Op0, Op1, I.getName());
1217     }
1218   }
1219
1220   // If it's a constant vector, flip any negative values positive.
1221   if (isa<ConstantVector>(Op1) || isa<ConstantDataVector>(Op1)) {
1222     Constant *C = cast<Constant>(Op1);
1223     unsigned VWidth = C->getType()->getVectorNumElements();
1224
1225     bool hasNegative = false;
1226     bool hasMissing = false;
1227     for (unsigned i = 0; i != VWidth; ++i) {
1228       Constant *Elt = C->getAggregateElement(i);
1229       if (Elt == 0) {
1230         hasMissing = true;
1231         break;
1232       }
1233
1234       if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Elt))
1235         if (RHS->isNegative())
1236           hasNegative = true;
1237     }
1238
1239     if (hasNegative && !hasMissing) {
1240       SmallVector<Constant *, 16> Elts(VWidth);
1241       for (unsigned i = 0; i != VWidth; ++i) {
1242         Elts[i] = C->getAggregateElement(i);  // Handle undef, etc.
1243         if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(Elts[i])) {
1244           if (RHS->isNegative())
1245             Elts[i] = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNeg(RHS));
1246         }
1247       }
1248
1249       Constant *NewRHSV = ConstantVector::get(Elts);
1250       if (NewRHSV != C) {  // Don't loop on -MININT
1251         Worklist.AddValue(I.getOperand(1));
1252         I.setOperand(1, NewRHSV);
1253         return &I;
1254       }
1255     }
1256   }
1257
1258   return 0;
1259 }
1260
1261 Instruction *InstCombiner::visitFRem(BinaryOperator &I) {
1262   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1263
1264   if (Value *V = SimplifyFRemInst(Op0, Op1, TD))
1265     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
1266
1267   // Handle cases involving: rem X, (select Cond, Y, Z)
1268   if (isa<SelectInst>(Op1) && SimplifyDivRemOfSelect(I))
1269     return &I;
1270
1271   return 0;
1272 }