04c1499220c8e5e3c4871ab77cd17a09124dcec6
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
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 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm-c/Initialization.h"
40 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
41 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
42 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
47 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
52 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include <algorithm>
57 #include <climits>
58 using namespace llvm;
59 using namespace llvm::PatternMatch;
60
61 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
62 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
63 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
64 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
65 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
66 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
67 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
68
69 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
70                                    cl::init(false),
71                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
72                                             "shrinking for math lib calls"));
73
74 // Initialization Routines
75 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
76   initializeInstCombinerPass(Registry);
77 }
78
79 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
80   initializeInstCombine(*unwrap(R));
81 }
82
83 char InstCombiner::ID = 0;
84 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
85                 "Combine redundant instructions", false, false)
86 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
87 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
88                 "Combine redundant instructions", false, false)
89
90 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
91   AU.setPreservesCFG();
92   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
93 }
94
95
96 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
97   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
98 }
99
100 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
101 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
102 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
103 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
104   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
105
106   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
107   if (!TD) return false;
108
109   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
110   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
111   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
112   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
113
114   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
115   // type, don't do the transformation.
116   if (FromLegal && !ToLegal)
117     return false;
118
119   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
120   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
121   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
122     return false;
123
124   return true;
125 }
126
127 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
128 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
129 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
130 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
131 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
132 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
133   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
134   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
135     return false;
136   }
137
138   // We reason about Add and Sub Only.
139   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
140   if (Opcode != Instruction::Add &&
141       Opcode != Instruction::Sub) {
142     return false;
143   }
144
145   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
146   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
147
148   if (!CB || !CC) {
149     return false;
150   }
151
152   const APInt &BVal = CB->getValue();
153   const APInt &CVal = CC->getValue();
154   bool Overflow = false;
155
156   if (Opcode == Instruction::Add) {
157     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
158   } else {
159     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
160   }
161
162   return !Overflow;
163 }
164
165 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
166 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
167 /// preserved.
168 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
169   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
170   if (!FPMO) {
171     I.clearSubclassOptionalData();
172     return;
173   }
174
175   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
176   I.clearSubclassOptionalData();
177   I.setFastMathFlags(FMF);
178 }
179
180 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
181 /// operators which are associative or commutative:
182 //
183 //  Commutative operators:
184 //
185 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
186 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
187 //     binary operators.
188 //
189 //  Associative operators:
190 //
191 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
192 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
193 //
194 //  Associative and commutative operators:
195 //
196 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
197 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
198 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
199 //     if C1 and C2 are constants.
200 //
201 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
202   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
203   bool Changed = false;
204
205   do {
206     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
207     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
208     // binary operators.
209     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
210         getComplexity(I.getOperand(1)))
211       Changed = !I.swapOperands();
212
213     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
214     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
215
216     if (I.isAssociative()) {
217       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
218       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
219         Value *A = Op0->getOperand(0);
220         Value *B = Op0->getOperand(1);
221         Value *C = I.getOperand(1);
222
223         // Does "B op C" simplify?
224         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
225           // It simplifies to V.  Form "A op V".
226           I.setOperand(0, A);
227           I.setOperand(1, V);
228           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
229           // preserved by the reassociation.
230           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
231               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
232             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
233             // the operands to Op0.
234             I.clearSubclassOptionalData();
235             I.setHasNoSignedWrap(true);
236           } else {
237             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
238           }
239
240           Changed = true;
241           ++NumReassoc;
242           continue;
243         }
244       }
245
246       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
247       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
248         Value *A = I.getOperand(0);
249         Value *B = Op1->getOperand(0);
250         Value *C = Op1->getOperand(1);
251
252         // Does "A op B" simplify?
253         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
254           // It simplifies to V.  Form "V op C".
255           I.setOperand(0, V);
256           I.setOperand(1, C);
257           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
258           // preserved by the reassociation.
259           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
260           Changed = true;
261           ++NumReassoc;
262           continue;
263         }
264       }
265     }
266
267     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
268       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
269       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
270         Value *A = Op0->getOperand(0);
271         Value *B = Op0->getOperand(1);
272         Value *C = I.getOperand(1);
273
274         // Does "C op A" simplify?
275         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
276           // It simplifies to V.  Form "V op B".
277           I.setOperand(0, V);
278           I.setOperand(1, B);
279           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
280           // preserved by the reassociation.
281           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
282           Changed = true;
283           ++NumReassoc;
284           continue;
285         }
286       }
287
288       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
289       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
290         Value *A = I.getOperand(0);
291         Value *B = Op1->getOperand(0);
292         Value *C = Op1->getOperand(1);
293
294         // Does "C op A" simplify?
295         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
296           // It simplifies to V.  Form "B op V".
297           I.setOperand(0, B);
298           I.setOperand(1, V);
299           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
300           // preserved by the reassociation.
301           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
302           Changed = true;
303           ++NumReassoc;
304           continue;
305         }
306       }
307
308       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
309       // if C1 and C2 are constants.
310       if (Op0 && Op1 &&
311           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
312           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
313           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
314           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
315         Value *A = Op0->getOperand(0);
316         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
317         Value *B = Op1->getOperand(0);
318         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
319
320         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
321         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
322         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
323           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
324           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
325           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
326           New->setFastMathFlags(Flags);
327         }
328         InsertNewInstWith(New, I);
329         New->takeName(Op1);
330         I.setOperand(0, New);
331         I.setOperand(1, Folded);
332         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
333         // preserved by the reassociation.
334         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
335
336         Changed = true;
337         continue;
338       }
339     }
340
341     // No further simplifications.
342     return Changed;
343   } while (1);
344 }
345
346 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
347 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
348 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
349                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
350   switch (LOp) {
351   default:
352     return false;
353
354   case Instruction::And:
355     // And distributes over Or and Xor.
356     switch (ROp) {
357     default:
358       return false;
359     case Instruction::Or:
360     case Instruction::Xor:
361       return true;
362     }
363
364   case Instruction::Mul:
365     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
366     switch (ROp) {
367     default:
368       return false;
369     case Instruction::Add:
370     case Instruction::Sub:
371       return true;
372     }
373
374   case Instruction::Or:
375     // Or distributes over And.
376     switch (ROp) {
377     default:
378       return false;
379     case Instruction::And:
380       return true;
381     }
382   }
383 }
384
385 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
386 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
387 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
388                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
389   if (Instruction::isCommutative(ROp))
390     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
391   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
392   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
393   // such subtleties.
394   return false;
395 }
396
397 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
398 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
399 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
400 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
401 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
402 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
403   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
404   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
405   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
406   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
407
408   // Factorization.
409   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
410     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
411     // a common term.
412     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
413     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
414     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
415
416     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
417     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
418
419     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
420     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
421       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
422       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
423       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
424         if (A != C)
425           std::swap(C, D);
426         // Consider forming "A op' (B op D)".
427         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
428         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
429         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
430         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
431         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
432           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
433         if (V) {
434           ++NumFactor;
435           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
436           V->takeName(&I);
437           return V;
438         }
439       }
440
441     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
442     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
443       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
444       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
445       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
446         if (B != D)
447           std::swap(C, D);
448         // Consider forming "(A op C) op' B".
449         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
450         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
451         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
452         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
453         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
454           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
455         if (V) {
456           ++NumFactor;
457           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
458           V->takeName(&I);
459           return V;
460         }
461       }
462   }
463
464   // Expansion.
465   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
466     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
467     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
468     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
469     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
470
471     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
472     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
473       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
474         // They do! Return "L op' R".
475         ++NumExpand;
476         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
477         if ((L == A && R == B) ||
478             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
479           return Op0;
480         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
481         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
482           return V;
483         // Otherwise, create a new instruction.
484         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
485         C->takeName(&I);
486         return C;
487       }
488   }
489
490   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
491     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
492     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
493     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
494     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
495
496     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
497     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
498       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
499         // They do! Return "L op' R".
500         ++NumExpand;
501         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
502         if ((L == B && R == C) ||
503             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
504           return Op1;
505         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
506         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
507           return V;
508         // Otherwise, create a new instruction.
509         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
510         A->takeName(&I);
511         return A;
512       }
513   }
514
515   return 0;
516 }
517
518 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
519 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
520 //
521 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
522   if (BinaryOperator::isNeg(V))
523     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
524
525   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
526   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
527     return ConstantExpr::getNeg(C);
528
529   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
530     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
531       return ConstantExpr::getNeg(C);
532
533   return 0;
534 }
535
536 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
537 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
538 // form).
539 //
540 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
541   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
542     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
543
544   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
545   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
546     return ConstantExpr::getFNeg(C);
547
548   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
549     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
550       return ConstantExpr::getFNeg(C);
551
552   return 0;
553 }
554
555 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
556                                              InstCombiner *IC) {
557   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
558     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
559   }
560
561   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
562   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
563   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
564
565   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
566     if (ConstIsRHS)
567       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
568     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
569   }
570
571   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
572   if (!ConstIsRHS)
573     std::swap(Op0, Op1);
574
575   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
576     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
577                                     SO->getName()+".op");
578     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
579     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
580       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
581     return RI;
582   }
583   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
584     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
585                                    SO->getName()+".cmp");
586   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
587     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
588                                    SO->getName()+".cmp");
589   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
590 }
591
592 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
593 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
594 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
595 // not have a second operand.
596 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
597   // Don't modify shared select instructions
598   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
599   Value *TV = SI->getOperand(1);
600   Value *FV = SI->getOperand(2);
601
602   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
603     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
604     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
605
606     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
607     // elements on both sides.
608     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
609       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
610       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
611
612       // Verify that either both or neither are vectors.
613       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
614       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
615       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
616         return 0;
617     }
618
619     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
620     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
621
622     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
623                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
624   }
625   return 0;
626 }
627
628
629 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
630 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
631 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
632 ///
633 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
634   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
635   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
636   if (NumPHIValues == 0)
637     return 0;
638
639   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
640   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
641   // uses into the PHI.
642   if (!PN->hasOneUse()) {
643     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
644     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
645          UI != E; ++UI) {
646       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
647       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
648         return 0;
649     }
650     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
651   }
652
653   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
654   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
655   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
656   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
657   // their computation can be expensive without a cost model.
658   BasicBlock *NonConstBB = 0;
659   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
660     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
661     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
662       continue;
663
664     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
665     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
666
667     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
668
669     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
670     // insert a computation after it without breaking the edge.
671     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
672       if (II->getParent() == NonConstBB)
673         return 0;
674
675     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
676     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
677     // instcombine.
678     if (NonConstBB == I.getParent())
679       return 0;
680   }
681
682   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
683   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
684   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
685   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
686   if (NonConstBB != 0) {
687     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
688     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
689   }
690
691   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
692   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
693   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
694   NewPN->takeName(PN);
695
696   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
697   // predecessors terminator.
698   if (NonConstBB)
699     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
700
701   // Next, add all of the operands to the PHI.
702   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
703     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
704     // not the true/false values.
705     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
706     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
707     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
708     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
709       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
710       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
711       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
712       Value *InV = 0;
713       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
714       // even if currently isNullValue gives false.
715       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
716       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
717         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
718       else
719         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
720                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
721       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
722     }
723   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
724     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
725     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
726       Value *InV = 0;
727       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
728         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
729       else if (isa<ICmpInst>(CI))
730         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
731                                   C, "phitmp");
732       else
733         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
734                                   C, "phitmp");
735       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
736     }
737   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
738     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
739     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
740       Value *InV = 0;
741       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
742         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
743       else
744         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
745                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
746       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
747     }
748   } else {
749     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
750     Type *RetTy = CI->getType();
751     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
752       Value *InV;
753       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
754         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
755       else
756         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
757                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
758       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
759     }
760   }
761
762   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
763        UI != E; ) {
764     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
765     if (User == &I) continue;
766     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
767     EraseInstFromFunction(*User);
768   }
769   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
770 }
771
772 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
773 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
774 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
775 /// return the resultant element type, otherwise return null.
776 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
777                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
778   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
779
780   if (!TD)
781     return 0;
782
783   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
784   if (!Ty->isSized())
785     return 0;
786
787   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
788   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
789   // is something like [0 x {int, int}]
790   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(PtrTy);
791   int64_t FirstIdx = 0;
792   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
793     FirstIdx = Offset/TySize;
794     Offset -= FirstIdx*TySize;
795
796     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
797     if (Offset < 0) {
798       --FirstIdx;
799       Offset += TySize;
800       assert(Offset >= 0);
801     }
802     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
803   }
804
805   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
806
807   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
808   while (Offset) {
809     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
810     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
811       return 0;
812
813     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
814       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
815       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
816              "Offset must stay within the indexed type");
817
818       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
819       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
820                                             Elt));
821
822       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
823       Ty = STy->getElementType(Elt);
824     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
825       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
826       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
827       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
828       Offset %= EltSize;
829       Ty = AT->getElementType();
830     } else {
831       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
832       return 0;
833     }
834   }
835
836   return Ty;
837 }
838
839 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
840   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
841   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
842   // the indices.
843   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
844       !Src.hasOneUse())
845     return false;
846   return true;
847 }
848
849 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
850 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
851 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
852   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
853   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
854          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
855
856   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
857   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
858     NoSignedWrap = true;
859     return Val;
860   }
861
862   // If Scale is zero then it does not divide Val.
863   if (Scale.isMinValue())
864     return 0;
865
866   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
867   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
868   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
869   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
870   // down from Val:
871   //
872   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
873   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
874   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
875   //
876   // Then to modify a term at the bottom:
877   //
878   //     Val = M1 * X
879   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
880   //
881   // Then to work back up correcting nsw flags.
882
883   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
884   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
885   Value *Op = Val;
886
887   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
888   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
889   // 0'th operand of Val.
890   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
891
892   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
893   // levels that doesn't overflow.
894   bool RequireNoSignedWrap = false;
895
896   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
897   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
898
899   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
900
901     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
902       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
903       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
904       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
905       if (!Remainder.isMinValue())
906         // Not divisible by Scale.
907         return 0;
908       // Replace with the quotient in the parent.
909       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
910       NoSignedWrap = true;
911       break;
912     }
913
914     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
915
916       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
917         // Multiplication.
918         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
919         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
920           return 0;
921
922         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
923         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
924         // multiplication by something else.
925         Value *LHS = BO->getOperand(0);
926         Value *RHS = BO->getOperand(1);
927
928         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
929           // Multiplication by a constant.
930           if (CI->getValue() == Scale) {
931             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
932             // by its left-hand side in the parent.
933             Op = LHS;
934             break;
935           }
936
937           // Otherwise drill down into the constant.
938           if (!Op->hasOneUse())
939             return 0;
940
941           Parent = std::make_pair(BO, 1);
942           continue;
943         }
944
945         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
946         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
947         if (!Op->hasOneUse())
948           return 0;
949
950         Parent = std::make_pair(BO, 0);
951         continue;
952       }
953
954       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
955           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
956         // Multiplication by a power of 2.
957         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
958         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
959           return 0;
960
961         Value *LHS = BO->getOperand(0);
962         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
963           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
964         // Op = LHS << Amt.
965
966         if (Amt == logScale) {
967           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
968           // by its left-hand side in the parent.
969           Op = LHS;
970           break;
971         }
972         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
973           return 0;
974
975         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
976         // by the scale in the parent.
977         Parent = std::make_pair(BO, 1);
978         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
979         break;
980       }
981     }
982
983     if (!Op->hasOneUse())
984       return 0;
985
986     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
987       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
988         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
989         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
990         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
991         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
992         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
993         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
994         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
995         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
996         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
997           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
998           return 0;
999         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1000         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1001         RequireNoSignedWrap = true;
1002
1003         // Drill down through the cast.
1004         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1005         Scale = SmallScale;
1006         continue;
1007       }
1008
1009       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1010         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1011         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1012         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1013         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1014         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1015         // from this point up in the expression (see later).
1016         if (RequireNoSignedWrap)
1017           return 0;
1018
1019         // Drill down through the cast.
1020         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1021         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1022         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1023         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1024           logScale = -1;
1025         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1026         continue;
1027       }
1028     }
1029
1030     // Unsupported expression, bail out.
1031     return 0;
1032   }
1033
1034   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1035   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1036   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1037   // not to overflow.
1038
1039   if (!Parent.first)
1040     // The expression only had one term.
1041     return Op;
1042
1043   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1044   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1045   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1046          "Descaling was a no-op?");
1047   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1048   Worklist.Add(Parent.first);
1049
1050   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1051   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1052   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1053   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1054   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1055   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1056   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1057   do {
1058     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1059       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1060       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1061       // from this point on up.
1062       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1063       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1064       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1065         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1066         Worklist.Add(Ancestor);
1067       }
1068     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1069       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1070       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1071       // the absolute values of the truncations.
1072       NoSignedWrap = false;
1073     }
1074     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1075            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1076
1077     if (Ancestor == Val)
1078       // Got to the top, all done!
1079       return Val;
1080
1081     // Move up one level in the expression.
1082     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1083     Ancestor = Ancestor->use_back();
1084   } while (1);
1085 }
1086
1087 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1088   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1089
1090   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
1091     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1092
1093   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1094
1095   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1096   // by multiples of a zero size type with zero.
1097   if (TD) {
1098     bool MadeChange = false;
1099     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1100
1101     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1102     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1103          I != E; ++I, ++GTI) {
1104       // Skip indices into struct types.
1105       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1106       if (!SeqTy) continue;
1107
1108       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1109       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1110       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1111           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1112         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1113           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1114           MadeChange = true;
1115         }
1116
1117       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1118       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1119         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1120         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1121         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1122         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1123         MadeChange = true;
1124       }
1125     }
1126     if (MadeChange) return &GEP;
1127   }
1128
1129   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1130   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1131   // getelementptr instructions into a single instruction.
1132   //
1133   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1134     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1135       return 0;
1136
1137     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1138     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1139     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1140     if (GEPOperator *SrcGEP =
1141           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1142       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1143         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
1144
1145     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1146
1147     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1148     bool EndsWithSequential = false;
1149     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1150          I != E; ++I)
1151       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1152
1153     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1154     if (EndsWithSequential) {
1155       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1156       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1157       //
1158       Value *Sum;
1159       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1160       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1161       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1162         Sum = GO1;
1163       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1164         Sum = SO1;
1165       } else {
1166         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1167         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1168         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1169         // normalized.
1170         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1171           return 0;
1172         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1173       }
1174
1175       // Update the GEP in place if possible.
1176       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1177         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1178         GEP.setOperand(1, Sum);
1179         return &GEP;
1180       }
1181       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1182       Indices.push_back(Sum);
1183       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1184     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1185                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1186                Src->getNumOperands() != 1) {
1187       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1188       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1189       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1190     }
1191
1192     if (!Indices.empty())
1193       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1194         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1195                                           GEP.getName()) :
1196         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1197   }
1198
1199   // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
1200   // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1201   // pointer arithmetic.
1202   if (TD && GEP.getNumIndices() == 1 &&
1203       match(GEP.getOperand(1), m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1204     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1205     if (GEP.getType() == Builder->getInt8PtrTy(AS) &&
1206         GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1207         TD->getPointerSizeInBits(AS)) {
1208       Operator *Index = cast<Operator>(GEP.getOperand(1));
1209       Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1210       Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1211       return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1212     }
1213   }
1214
1215   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1216   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1217   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1218
1219   // We do not handle pointer-vector geps here.
1220   if (!StrippedPtrTy)
1221     return 0;
1222
1223   if (StrippedPtr != PtrOp &&
1224     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1225
1226     bool HasZeroPointerIndex = false;
1227     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1228       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1229
1230     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1231     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1232     //
1233     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1234     //           into     : GEP i8* X, ...
1235     //
1236     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1237     if (HasZeroPointerIndex) {
1238       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1239       if (ArrayType *CATy =
1240           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1241         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1242         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1243           // -> GEP i8* X, ...
1244           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1245           GetElementPtrInst *Res =
1246             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1247           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1248           return Res;
1249         }
1250
1251         if (ArrayType *XATy =
1252               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1253           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1254           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1255             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1256             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1257             // to an array of the same type as the destination pointer
1258             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1259             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1260             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1261             return &GEP;
1262           }
1263         }
1264       }
1265     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1266       // Transform things like:
1267       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1268       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1269       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1270       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1271       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
1272           TD->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1273           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1274         Type *IdxType = TD->getIntPtrType(GEP.getType());
1275         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1276         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1277           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1278           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1279         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1280         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1281       }
1282
1283       // Transform things like:
1284       // %V = mul i64 %N, 4
1285       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1286       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1287       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1288         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1289         // factor.
1290         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1291         uint64_t SrcSize = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1292         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1293           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1294           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1295           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1296
1297           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1298           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1299           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1300                  "Index not cast to pointer width?");
1301
1302           bool NSW;
1303           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1304             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1305             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1306             // GEP may not be "inbounds".
1307             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1308               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1309               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1310             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1311             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1312           }
1313         }
1314       }
1315
1316       // Similarly, transform things like:
1317       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1318       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1319       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1320       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1321           SrcElTy->isArrayTy()) {
1322         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1323         // index by a scale factor.
1324         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1325         uint64_t ArrayEltSize
1326           = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1327         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1328           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1329           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1330           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1331
1332           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1333           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1334           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1335                  "Index not cast to pointer width?");
1336
1337           bool NSW;
1338           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1339             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1340             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1341             // GEP may not be "inbounds".
1342             Value *Off[2] = {
1343               Constant::getNullValue(TD->getIntPtrType(GEP.getType())),
1344               NewIdx
1345             };
1346
1347             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1348               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1349               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1350             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1351             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1352           }
1353         }
1354       }
1355     }
1356   }
1357
1358   if (!TD)
1359     return 0;
1360
1361   /// See if we can simplify:
1362   ///   X = bitcast A* to B*
1363   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1364   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1365   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1366   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1367     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1368     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1369     unsigned OffsetBits = TD->getPointerTypeSizeInBits(OpType);
1370     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1371     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1372         GEP.accumulateConstantOffset(*TD, Offset) &&
1373         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1374
1375       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1376       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1377       if (!Offset) {
1378         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1379         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1380         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1381           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1382           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1383             if (I != BCI) {
1384               I->takeName(BCI);
1385               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1386               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1387             }
1388             return &GEP;
1389           }
1390         }
1391         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1392       }
1393
1394       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1395       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1396       // GEP.
1397       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1398       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1399         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1400           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1401           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1402
1403         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1404           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1405         NGEP->takeName(&GEP);
1406         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1407       }
1408     }
1409   }
1410
1411   return 0;
1412 }
1413
1414 static bool
1415 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1416                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1417   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1418   Worklist.push_back(AI);
1419
1420   do {
1421     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1422     for (Value::use_iterator UI = PI->use_begin(), UE = PI->use_end(); UI != UE;
1423          ++UI) {
1424       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
1425       switch (I->getOpcode()) {
1426       default:
1427         // Give up the moment we see something we can't handle.
1428         return false;
1429
1430       case Instruction::BitCast:
1431       case Instruction::GetElementPtr:
1432         Users.push_back(I);
1433         Worklist.push_back(I);
1434         continue;
1435
1436       case Instruction::ICmp: {
1437         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1438         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1439         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1440           return false;
1441         Users.push_back(I);
1442         continue;
1443       }
1444
1445       case Instruction::Call:
1446         // Ignore no-op and store intrinsics.
1447         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1448           switch (II->getIntrinsicID()) {
1449           default:
1450             return false;
1451
1452           case Intrinsic::memmove:
1453           case Intrinsic::memcpy:
1454           case Intrinsic::memset: {
1455             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1456             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1457               return false;
1458           }
1459           // fall through
1460           case Intrinsic::dbg_declare:
1461           case Intrinsic::dbg_value:
1462           case Intrinsic::invariant_start:
1463           case Intrinsic::invariant_end:
1464           case Intrinsic::lifetime_start:
1465           case Intrinsic::lifetime_end:
1466           case Intrinsic::objectsize:
1467             Users.push_back(I);
1468             continue;
1469           }
1470         }
1471
1472         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1473           Users.push_back(I);
1474           continue;
1475         }
1476         return false;
1477
1478       case Instruction::Store: {
1479         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1480         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1481           return false;
1482         Users.push_back(I);
1483         continue;
1484       }
1485       }
1486       llvm_unreachable("missing a return?");
1487     }
1488   } while (!Worklist.empty());
1489   return true;
1490 }
1491
1492 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1493   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1494   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1495   // true or false as appropriate.
1496   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1497   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1498     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1499       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1500       if (!I) continue;
1501
1502       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1503         ReplaceInstUsesWith(*C,
1504                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1505                                              C->isFalseWhenEqual()));
1506       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1507         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1508       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1509         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1510           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1511           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1512           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1513         }
1514       }
1515       EraseInstFromFunction(*I);
1516     }
1517
1518     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1519       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1520       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1521       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1522       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1523                          None, "", II->getParent());
1524     }
1525     return EraseInstFromFunction(MI);
1526   }
1527   return 0;
1528 }
1529
1530 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1531 ///
1532 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1533 /// against NULL (property 0).
1534 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1535 ///
1536 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1537 /// will be removed, i.e.:
1538 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1539 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1540 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1541 ///
1542 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1543 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1544 /// profitable (e.g., for code size).
1545 static Instruction *
1546 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1547   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1548   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1549   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1550
1551   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1552   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1553   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1554   //        not be profitable even for code size.
1555   if (!PredBB)
1556     return 0;
1557
1558   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1559   //                         free and an unconditional branch?
1560   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1561   //        predecessor block
1562   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1563     return 0;
1564   BasicBlock *SuccBB;
1565   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1566     return 0;
1567
1568   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1569   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1570   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1571   ICmpInst::Predicate Pred;
1572   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1573     return 0;
1574   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1575     return 0;
1576
1577   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1578   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1579     return 0;
1580   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1581          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1582
1583   FI.moveBefore(TI);
1584   return &FI;
1585 }
1586
1587
1588 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1589   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1590
1591   // free undef -> unreachable.
1592   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1593     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1594     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1595                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1596     return EraseInstFromFunction(FI);
1597   }
1598
1599   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1600   // when lots of inlining happens.
1601   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1602     return EraseInstFromFunction(FI);
1603
1604   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1605   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1606   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1607   // if (foo) free(foo);
1608   // into
1609   // free(foo);
1610   if (MinimizeSize)
1611     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1612       return I;
1613
1614   return 0;
1615 }
1616
1617
1618
1619 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1620   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1621   Value *X = 0;
1622   BasicBlock *TrueDest;
1623   BasicBlock *FalseDest;
1624   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1625       !isa<Constant>(X)) {
1626     // Swap Destinations and condition...
1627     BI.setCondition(X);
1628     BI.swapSuccessors();
1629     return &BI;
1630   }
1631
1632   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1633   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1634   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1635                              TrueDest, FalseDest)) &&
1636       BI.getCondition()->hasOneUse())
1637     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1638         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1639       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1640       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1641
1642       // Swap Destinations and condition.
1643       BI.swapSuccessors();
1644       Worklist.Add(Cond);
1645       return &BI;
1646     }
1647
1648   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1649   ICmpInst::Predicate IPred;
1650   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1651                       TrueDest, FalseDest)) &&
1652       BI.getCondition()->hasOneUse())
1653     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1654         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1655         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1656       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1657       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1658       // Swap Destinations and condition.
1659       BI.swapSuccessors();
1660       Worklist.Add(Cond);
1661       return &BI;
1662     }
1663
1664   return 0;
1665 }
1666
1667 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1668   Value *Cond = SI.getCondition();
1669   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1670     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1671       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1672         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1673         // Skip the first item since that's the default case.
1674         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1675              i != e; ++i) {
1676           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1677           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1678                                                       AddRHS);
1679           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1680                  "Result of expression should be constant");
1681           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1682         }
1683         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1684         Worklist.Add(I);
1685         return &SI;
1686       }
1687   }
1688   return 0;
1689 }
1690
1691 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1692   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1693
1694   if (!EV.hasIndices())
1695     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1696
1697   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1698     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1699       if (EV.getNumIndices() == 0)
1700         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
1701       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1702       // first index
1703       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
1704     }
1705     return 0; // Can't handle other constants
1706   }
1707
1708   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1709     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1710     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1711     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1712          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1713          exti != exte && insi != inse;
1714          ++exti, ++insi) {
1715       if (*insi != *exti)
1716         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1717         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1718         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1719         // operand of the insert. i.e., replace
1720         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1721         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1722         // with
1723         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1724         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1725                                         EV.getIndices());
1726     }
1727     if (exti == exte && insi == inse)
1728       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1729       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1730       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1731       // with "i32 42"
1732       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1733     if (exti == exte) {
1734       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1735       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1736       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1737       // with
1738       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1739       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1740       // by switching the order of the insert and extract (though the
1741       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1742       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1743                                                  EV.getIndices());
1744       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1745                                      makeArrayRef(insi, inse));
1746     }
1747     if (insi == inse)
1748       // The insert list is a prefix of the extract list
1749       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1750       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1751       // i.e., replace
1752       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1753       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1754       // with
1755       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1756       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1757                                       makeArrayRef(exti, exte));
1758   }
1759   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1760     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1761     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1762     // just get one value.
1763     if (II->hasOneUse()) {
1764       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1765       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1766       // and replace it with a traditional binary instruction.
1767       switch (II->getIntrinsicID()) {
1768       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1769       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1770         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1771           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1772           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1773           EraseInstFromFunction(*II);
1774           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1775         }
1776
1777         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1778         // we can transform this into a range comparison.
1779         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1780         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1781           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1782             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1783                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1784         break;
1785       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1786       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1787         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1788           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1789           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1790           EraseInstFromFunction(*II);
1791           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1792         }
1793         break;
1794       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1795       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1796         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1797           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1798           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1799           EraseInstFromFunction(*II);
1800           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1801         }
1802         break;
1803       default:
1804         break;
1805       }
1806     }
1807   }
1808   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1809     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1810     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1811     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1812     //        could be done regardless of having multiple uses.
1813     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1814       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1815       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1816       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1817       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1818       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1819             I != E; ++I)
1820         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1821
1822       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1823       // the extractvalue.
1824       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1825       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1826       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1827       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1828       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1829     }
1830   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1831   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1832   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1833   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1834   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1835   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1836   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1837   // aren't handled yet.
1838   return 0;
1839 }
1840
1841 enum Personality_Type {
1842   Unknown_Personality,
1843   GNU_Ada_Personality,
1844   GNU_CXX_Personality,
1845   GNU_ObjC_Personality
1846 };
1847
1848 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1849 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1850 /// otherwise return Unknown_Personality.
1851 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1852   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1853   if (!F)
1854     return Unknown_Personality;
1855   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1856     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1857     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1858     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1859     .Default(Unknown_Personality);
1860 }
1861
1862 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1863 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1864   switch (Personality) {
1865   case Unknown_Personality:
1866     return false;
1867   case GNU_Ada_Personality:
1868     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1869     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1870     return false;
1871   case GNU_CXX_Personality:
1872   case GNU_ObjC_Personality:
1873     return TypeInfo->isNullValue();
1874   }
1875   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1876 }
1877
1878 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1879   return
1880     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1881   <
1882     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1883 }
1884
1885 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1886   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1887   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1888   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1889   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1890
1891   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1892   // (these are often created by inlining).
1893   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1894   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1895   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1896
1897   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1898   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1899     bool isLastClause = i + 1 == e;
1900     if (LI.isCatch(i)) {
1901       // A catch clause.
1902       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1903       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1904
1905       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1906       // copy of it.
1907       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1908         // This catch clause was not already seen.
1909         NewClauses.push_back(CatchClause);
1910       } else {
1911         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1912         MakeNewInstruction = true;
1913       }
1914
1915       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1916       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1917       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1918         if (!isLastClause)
1919           MakeNewInstruction = true;
1920         CleanupFlag = false;
1921         break;
1922       }
1923     } else {
1924       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1925       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1926       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1927       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1928       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1929       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1930       // class derived from it).
1931       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1932       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1933       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1934       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1935
1936       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1937       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1938       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1939       if (!NumTypeInfos) {
1940         NewClauses.push_back(FilterClause);
1941         if (!isLastClause)
1942           MakeNewInstruction = true;
1943         CleanupFlag = false;
1944         break;
1945       }
1946
1947       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1948       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1949       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1950         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1951         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1952         Constant *TypeInfo =
1953           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1954         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1955         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1956           // Throw the filter away.
1957           MakeNewInstruction = true;
1958           continue;
1959         }
1960
1961         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1962         // discard all but the first copy if there is more than one.
1963         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1964         if (NumTypeInfos > 1)
1965           MakeNewFilter = true;
1966       } else {
1967         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1968         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1969         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1970
1971         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1972         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1973         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1974         bool SawCatchAll = false;
1975         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1976           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1977           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1978           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1979             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1980             SawCatchAll = true;
1981             break;
1982           }
1983           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1984             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1985             // is pointless.
1986             continue;
1987           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1988           // a filter, so only add it if we didn't already.
1989           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1990             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1991         }
1992         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1993         if (SawCatchAll) {
1994           // Throw the filter away.
1995           MakeNewInstruction = true;
1996           continue;
1997         }
1998
1999         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2000         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2001           MakeNewFilter = true;
2002       }
2003       if (MakeNewFilter) {
2004         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2005                                     NewFilterElts.size());
2006         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2007         MakeNewInstruction = true;
2008       }
2009
2010       NewClauses.push_back(FilterClause);
2011
2012       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2013       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2014       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2015       // already handled above.
2016       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2017         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2018         CleanupFlag = false;
2019         break;
2020       }
2021     }
2022   }
2023
2024   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2025   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2026   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2027   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2028   // filter optimizations below.
2029   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2030     unsigned j;
2031     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2032     for (j = i; j != e; ++j)
2033       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2034         break;
2035
2036     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2037     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2038     // new landingpad instruction if it does.
2039     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2040       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2041         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2042         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2043         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2044                          shorter_filter);
2045         MakeNewInstruction = true;
2046         break;
2047       }
2048
2049     // Look for the next batch of filters.
2050     i = j + 1;
2051   }
2052
2053   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2054   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2055   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2056   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2057   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2058   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2059   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2060   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2061   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2062   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2063   // specifications.
2064   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2065     // Examine each filter in turn.
2066     Value *Filter = NewClauses[i];
2067     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2068     if (!FTy)
2069       // Not a filter - skip it.
2070       continue;
2071     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2072     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2073     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2074     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2075       Value *LFilter = NewClauses[j];
2076       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2077       if (!LTy)
2078         // Not a filter - skip it.
2079         continue;
2080       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2081       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2082       SmallVectorImpl<Value *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2083       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2084       if (!FElts) {
2085         // Discard LFilter.
2086         NewClauses.erase(J);
2087         MakeNewInstruction = true;
2088         // Move on to the next filter.
2089         continue;
2090       }
2091       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2092       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2093       if (FElts > LElts)
2094         // Move on to the next filter.
2095         continue;
2096       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2097       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2098         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2099         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2100         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2101           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2102           // Discard LFilter.
2103           NewClauses.erase(J);
2104           MakeNewInstruction = true;
2105         }
2106         // Move on to the next filter.
2107         continue;
2108       }
2109       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2110       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2111         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2112         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2113         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2114         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2115           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2116             // LFilter contains a zero - discard it.
2117             NewClauses.erase(J);
2118             MakeNewInstruction = true;
2119             break;
2120           }
2121         // Move on to the next filter.
2122         continue;
2123       }
2124       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2125       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2126       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2127       // using a method that scales nicely.
2128       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2129       bool AllFound = true;
2130       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2131         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2132         AllFound = false;
2133         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2134           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2135           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2136             AllFound = true;
2137             break;
2138           }
2139         }
2140         if (!AllFound)
2141           break;
2142       }
2143       if (AllFound) {
2144         // Discard LFilter.
2145         NewClauses.erase(J);
2146         MakeNewInstruction = true;
2147       }
2148       // Move on to the next filter.
2149     }
2150   }
2151
2152   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2153   // with a new one.
2154   if (MakeNewInstruction) {
2155     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2156                                                  LI.getPersonalityFn(),
2157                                                  NewClauses.size());
2158     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2159       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2160     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2161     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2162     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2163     if (NewClauses.empty())
2164       CleanupFlag = true;
2165     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2166     return NLI;
2167   }
2168
2169   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2170   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2171   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2172     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2173     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2174     return &LI;
2175   }
2176
2177   return 0;
2178 }
2179
2180
2181
2182
2183 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2184 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2185 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2186 /// end of its block.
2187 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2188   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2189
2190   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2191   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2192       isa<TerminatorInst>(I))
2193     return false;
2194
2195   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2196   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2197         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2198     return false;
2199
2200   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2201   // the end of block that could change the value.
2202   if (I->mayReadFromMemory()) {
2203     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2204          Scan != E; ++Scan)
2205       if (Scan->mayWriteToMemory())
2206         return false;
2207   }
2208
2209   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2210   I->moveBefore(InsertPos);
2211   ++NumSunkInst;
2212   return true;
2213 }
2214
2215
2216 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2217 /// all reachable code to the worklist.
2218 ///
2219 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2220 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2221 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2222 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2223 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2224 ///
2225 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2226                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2227                                        InstCombiner &IC,
2228                                        const DataLayout *TD,
2229                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2230   bool MadeIRChange = false;
2231   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2232   Worklist.push_back(BB);
2233
2234   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2235   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2236
2237   do {
2238     BB = Worklist.pop_back_val();
2239
2240     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2241     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2242
2243     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2244       Instruction *Inst = BBI++;
2245
2246       // DCE instruction if trivially dead.
2247       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2248         ++NumDeadInst;
2249         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2250         Inst->eraseFromParent();
2251         continue;
2252       }
2253
2254       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2255       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2256         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
2257           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2258                        << *Inst << '\n');
2259           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2260           ++NumConstProp;
2261           Inst->eraseFromParent();
2262           continue;
2263         }
2264
2265       if (TD) {
2266         // See if we can constant fold its operands.
2267         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2268              i != e; ++i) {
2269           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2270           if (CE == 0) continue;
2271
2272           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2273           if (!FoldRes)
2274             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2275           if (!FoldRes)
2276             FoldRes = CE;
2277
2278           if (FoldRes != CE) {
2279             *i = FoldRes;
2280             MadeIRChange = true;
2281           }
2282         }
2283       }
2284
2285       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2286     }
2287
2288     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2289     // constant, only visit the reachable successor.
2290     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2291     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2292       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2293         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2294         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2295         Worklist.push_back(ReachableBB);
2296         continue;
2297       }
2298     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2299       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2300         // See if this is an explicit destination.
2301         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2302              i != e; ++i)
2303           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2304             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2305             Worklist.push_back(ReachableBB);
2306             continue;
2307           }
2308
2309         // Otherwise it is the default destination.
2310         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2311         continue;
2312       }
2313     }
2314
2315     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2316       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2317   } while (!Worklist.empty());
2318
2319   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2320   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2321   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2322   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2323   // some N^2 behavior in pathological cases.
2324   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2325                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2326
2327   return MadeIRChange;
2328 }
2329
2330 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2331   MadeIRChange = false;
2332
2333   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2334                << F.getName() << "\n");
2335
2336   {
2337     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2338     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2339     // track of which blocks we visit.
2340     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2341     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
2342                                                TLI);
2343
2344     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2345     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2346     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2347     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2348       if (Visited.count(BB)) continue;
2349
2350       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2351       // having to update as many def-use and use-def chains.
2352       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2353       while (EndInst != BB->begin()) {
2354         // Delete the next to last instruction.
2355         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2356         Instruction *Inst = --I;
2357         if (!Inst->use_empty())
2358           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2359         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2360           EndInst = Inst;
2361           continue;
2362         }
2363         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2364           ++NumDeadInst;
2365           MadeIRChange = true;
2366         }
2367         Inst->eraseFromParent();
2368       }
2369     }
2370   }
2371
2372   while (!Worklist.isEmpty()) {
2373     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2374     if (I == 0) continue;  // skip null values.
2375
2376     // Check to see if we can DCE the instruction.
2377     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2378       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2379       EraseInstFromFunction(*I);
2380       ++NumDeadInst;
2381       MadeIRChange = true;
2382       continue;
2383     }
2384
2385     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2386     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2387       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
2388         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2389
2390         // Add operands to the worklist.
2391         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2392         ++NumConstProp;
2393         EraseInstFromFunction(*I);
2394         MadeIRChange = true;
2395         continue;
2396       }
2397
2398     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2399     if (I->hasOneUse()) {
2400       BasicBlock *BB = I->getParent();
2401       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
2402       BasicBlock *UserParent;
2403
2404       // Get the block the use occurs in.
2405       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2406         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
2407       else
2408         UserParent = UserInst->getParent();
2409
2410       if (UserParent != BB) {
2411         bool UserIsSuccessor = false;
2412         // See if the user is one of our successors.
2413         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2414           if (*SI == UserParent) {
2415             UserIsSuccessor = true;
2416             break;
2417           }
2418
2419         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2420         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2421         // otherwise), we can keep going.
2422         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2423           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2424           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2425       }
2426     }
2427
2428     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2429     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2430     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2431
2432 #ifndef NDEBUG
2433     std::string OrigI;
2434 #endif
2435     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2436     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2437
2438     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2439       ++NumCombined;
2440       // Should we replace the old instruction with a new one?
2441       if (Result != I) {
2442         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2443                      << "    New = " << *Result << '\n');
2444
2445         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2446           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2447         // Everything uses the new instruction now.
2448         I->replaceAllUsesWith(Result);
2449
2450         // Move the name to the new instruction first.
2451         Result->takeName(I);
2452
2453         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2454         Worklist.Add(Result);
2455         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2456
2457         // Insert the new instruction into the basic block...
2458         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2459         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2460
2461         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2462         // insertion point.
2463         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2464           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2465
2466         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2467
2468         EraseInstFromFunction(*I);
2469       } else {
2470 #ifndef NDEBUG
2471         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2472                      << "    New = " << *I << '\n');
2473 #endif
2474
2475         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2476         // if so, remove it.
2477         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2478           EraseInstFromFunction(*I);
2479         } else {
2480           Worklist.Add(I);
2481           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2482         }
2483       }
2484       MadeIRChange = true;
2485     }
2486   }
2487
2488   Worklist.Zap();
2489   return MadeIRChange;
2490 }
2491
2492 namespace {
2493 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2494   InstCombiner *IC;
2495 public:
2496   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *TD,
2497                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2498                                 InstCombiner *IC)
2499     : LibCallSimplifier(TD, TLI, UnsafeFPShrink) {
2500     this->IC = IC;
2501   }
2502
2503   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2504   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2505   virtual void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const {
2506     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2507   }
2508 };
2509 }
2510
2511 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2512   if (skipOptnoneFunction(F))
2513     return false;
2514
2515   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2516   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2517   // Minimizing size?
2518   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2519                                                 Attribute::MinSize);
2520
2521   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2522   /// instructions into the worklist when they are created.
2523   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2524     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2525                InstCombineIRInserter(Worklist));
2526   Builder = &TheBuilder;
2527
2528   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(TD, TLI, this);
2529   Simplifier = &TheSimplifier;
2530
2531   bool EverMadeChange = false;
2532
2533   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2534   // by instcombiner.
2535   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2536
2537   // Iterate while there is work to do.
2538   unsigned Iteration = 0;
2539   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2540     EverMadeChange = true;
2541
2542   Builder = 0;
2543   return EverMadeChange;
2544 }
2545
2546 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2547   return new InstCombiner();
2548 }