Make DataLayout Non-Optional in the Module
[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 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
37 #include "InstCombineInternal.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
43 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
44 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
45 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
46 #include "llvm/Analysis/LibCallSemantics.h"
47 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
48 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
49 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
50 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
51 #include "llvm/IR/CFG.h"
52 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
53 #include "llvm/IR/Dominators.h"
54 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
55 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
56 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
57 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
58 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
59 #include "llvm/Support/Debug.h"
60 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
61 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
62 #include <algorithm>
63 #include <climits>
64 using namespace llvm;
65 using namespace llvm::PatternMatch;
66
67 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
68
69 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
70 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
71 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
72 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
73 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
74 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
75 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
76
77 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
78   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
79 }
80
81 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
82 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
83 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
84 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
85   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
86
87   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
88   if (!DL) return false;
89
90   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
91   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
92   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
93   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
94
95   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
96   // type, don't do the transformation.
97   if (FromLegal && !ToLegal)
98     return false;
99
100   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
101   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
102   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
103     return false;
104
105   return true;
106 }
107
108 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
109 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
110 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
111 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
112 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
113 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
114   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
115   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
116     return false;
117   }
118
119   // We reason about Add and Sub Only.
120   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
121   if (Opcode != Instruction::Add &&
122       Opcode != Instruction::Sub) {
123     return false;
124   }
125
126   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
127   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
128
129   if (!CB || !CC) {
130     return false;
131   }
132
133   const APInt &BVal = CB->getValue();
134   const APInt &CVal = CC->getValue();
135   bool Overflow = false;
136
137   if (Opcode == Instruction::Add) {
138     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
139   } else {
140     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
141   }
142
143   return !Overflow;
144 }
145
146 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
147 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
148 /// preserved.
149 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
150   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
151   if (!FPMO) {
152     I.clearSubclassOptionalData();
153     return;
154   }
155
156   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
157   I.clearSubclassOptionalData();
158   I.setFastMathFlags(FMF);
159 }
160
161 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
162 /// operators which are associative or commutative:
163 //
164 //  Commutative operators:
165 //
166 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
167 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
168 //     binary operators.
169 //
170 //  Associative operators:
171 //
172 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
173 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
174 //
175 //  Associative and commutative operators:
176 //
177 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
178 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
179 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
180 //     if C1 and C2 are constants.
181 //
182 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
183   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
184   bool Changed = false;
185
186   do {
187     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
188     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
189     // binary operators.
190     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
191         getComplexity(I.getOperand(1)))
192       Changed = !I.swapOperands();
193
194     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
195     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
196
197     if (I.isAssociative()) {
198       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
199       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
200         Value *A = Op0->getOperand(0);
201         Value *B = Op0->getOperand(1);
202         Value *C = I.getOperand(1);
203
204         // Does "B op C" simplify?
205         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
206           // It simplifies to V.  Form "A op V".
207           I.setOperand(0, A);
208           I.setOperand(1, V);
209           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
210           // preserved by the reassociation.
211           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
212               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
213             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
214             // the operands to Op0.
215             I.clearSubclassOptionalData();
216             I.setHasNoSignedWrap(true);
217           } else {
218             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
219           }
220
221           Changed = true;
222           ++NumReassoc;
223           continue;
224         }
225       }
226
227       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
228       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
229         Value *A = I.getOperand(0);
230         Value *B = Op1->getOperand(0);
231         Value *C = Op1->getOperand(1);
232
233         // Does "A op B" simplify?
234         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
235           // It simplifies to V.  Form "V op C".
236           I.setOperand(0, V);
237           I.setOperand(1, C);
238           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
239           // preserved by the reassociation.
240           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
241           Changed = true;
242           ++NumReassoc;
243           continue;
244         }
245       }
246     }
247
248     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
249       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
250       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
251         Value *A = Op0->getOperand(0);
252         Value *B = Op0->getOperand(1);
253         Value *C = I.getOperand(1);
254
255         // Does "C op A" simplify?
256         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
257           // It simplifies to V.  Form "V op B".
258           I.setOperand(0, V);
259           I.setOperand(1, B);
260           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
261           // preserved by the reassociation.
262           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
263           Changed = true;
264           ++NumReassoc;
265           continue;
266         }
267       }
268
269       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
270       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
271         Value *A = I.getOperand(0);
272         Value *B = Op1->getOperand(0);
273         Value *C = Op1->getOperand(1);
274
275         // Does "C op A" simplify?
276         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
277           // It simplifies to V.  Form "B op V".
278           I.setOperand(0, B);
279           I.setOperand(1, V);
280           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
281           // preserved by the reassociation.
282           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
283           Changed = true;
284           ++NumReassoc;
285           continue;
286         }
287       }
288
289       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
290       // if C1 and C2 are constants.
291       if (Op0 && Op1 &&
292           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
293           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
294           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
295           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
296         Value *A = Op0->getOperand(0);
297         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
298         Value *B = Op1->getOperand(0);
299         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
300
301         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
302         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
303         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
304           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
305           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
306           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
307           New->setFastMathFlags(Flags);
308         }
309         InsertNewInstWith(New, I);
310         New->takeName(Op1);
311         I.setOperand(0, New);
312         I.setOperand(1, Folded);
313         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
314         // preserved by the reassociation.
315         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
316
317         Changed = true;
318         continue;
319       }
320     }
321
322     // No further simplifications.
323     return Changed;
324   } while (1);
325 }
326
327 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
328 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
329 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
330                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
331   switch (LOp) {
332   default:
333     return false;
334
335   case Instruction::And:
336     // And distributes over Or and Xor.
337     switch (ROp) {
338     default:
339       return false;
340     case Instruction::Or:
341     case Instruction::Xor:
342       return true;
343     }
344
345   case Instruction::Mul:
346     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
347     switch (ROp) {
348     default:
349       return false;
350     case Instruction::Add:
351     case Instruction::Sub:
352       return true;
353     }
354
355   case Instruction::Or:
356     // Or distributes over And.
357     switch (ROp) {
358     default:
359       return false;
360     case Instruction::And:
361       return true;
362     }
363   }
364 }
365
366 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
367 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
368 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
369                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
370   if (Instruction::isCommutative(ROp))
371     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
372
373   switch (LOp) {
374   default:
375     return false;
376   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
377   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
378   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
379   case Instruction::And:
380   case Instruction::Or:
381   case Instruction::Xor:
382     switch (ROp) {
383     default:
384       return false;
385     case Instruction::Shl:
386     case Instruction::LShr:
387     case Instruction::AShr:
388       return true;
389     }
390   }
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 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
398 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
399 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
400   if (isa<Constant>(V))
401     return nullptr;
402
403   if (OpCode == Instruction::Mul)
404     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
405
406   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
407
408   return nullptr;
409 }
410
411 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
412 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
413 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
414 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
415 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
416 /// RHS to 4.
417 static Instruction::BinaryOps
418 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
419                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
420   if (!Op)
421     return Instruction::BinaryOpsEnd;
422
423   LHS = Op->getOperand(0);
424   RHS = Op->getOperand(1);
425
426   switch (TopLevelOpcode) {
427   default:
428     return Op->getOpcode();
429
430   case Instruction::Add:
431   case Instruction::Sub:
432     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
433       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
434         // The multiplier is really 1 << CST.
435         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
436         return Instruction::Mul;
437       }
438     }
439     return Op->getOpcode();
440   }
441
442   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
443 }
444
445 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
446 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
447 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
448                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
449                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
450                                Value *B, Value *C, Value *D) {
451
452   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
453   // Checking A and C should be enough.
454   if (!A || !C || !B || !D)
455     return nullptr;
456
457   Value *SimplifiedInst = nullptr;
458   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
459   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
460
461   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
462   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
463
464   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
465   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
466     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
467     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
468     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
469       if (A != C)
470         std::swap(C, D);
471       // Consider forming "A op' (B op D)".
472       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
473       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
474       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
475       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
476       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
477         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
478       if (V) {
479         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
480       }
481     }
482
483   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
484   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
485     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
486     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
487     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
488       if (B != D)
489         std::swap(C, D);
490       // Consider forming "(A op C) op' B".
491       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
492       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
493
494       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
495       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
496       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
497         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
498       if (V) {
499         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
500       }
501     }
502
503   if (SimplifiedInst) {
504     ++NumFactor;
505     SimplifiedInst->takeName(&I);
506
507     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
508     // TODO: Check for NUW.
509     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
510       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
511         bool HasNSW = false;
512         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
513           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
514
515         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
516           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
517             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
518
519         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
520           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
521             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
522         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
523       }
524     }
525   }
526   return SimplifiedInst;
527 }
528
529 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
530 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
531 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
532 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
533 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
534 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
535   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
536   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
537   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
538
539   // Factorization.
540   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
541   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
542   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
543   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
544
545   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
546   // a common term.
547   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
548     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
549       return V;
550   }
551
552   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
553   // term.
554   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
555                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
556     return V;
557
558   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
559   // term.
560   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
561                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
562     return V;
563
564   // Expansion.
565   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
566     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
567     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
568     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
569     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
570
571     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
572     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
573       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
574         // They do! Return "L op' R".
575         ++NumExpand;
576         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
577         if ((L == A && R == B) ||
578             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
579           return Op0;
580         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
581         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
582           return V;
583         // Otherwise, create a new instruction.
584         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
585         C->takeName(&I);
586         return C;
587       }
588   }
589
590   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
591     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
592     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
593     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
594     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
595
596     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
597     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
598       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
599         // They do! Return "L op' R".
600         ++NumExpand;
601         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
602         if ((L == B && R == C) ||
603             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
604           return Op1;
605         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
606         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
607           return V;
608         // Otherwise, create a new instruction.
609         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
610         A->takeName(&I);
611         return A;
612       }
613   }
614
615   return nullptr;
616 }
617
618 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
619 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
620 //
621 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
622   if (BinaryOperator::isNeg(V))
623     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
624
625   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
626   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
627     return ConstantExpr::getNeg(C);
628
629   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
630     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
631       return ConstantExpr::getNeg(C);
632
633   return nullptr;
634 }
635
636 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
637 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
638 // form).
639 //
640 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
641   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
642     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
643
644   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
645   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
646     return ConstantExpr::getFNeg(C);
647
648   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
649     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
650       return ConstantExpr::getFNeg(C);
651
652   return nullptr;
653 }
654
655 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
656                                              InstCombiner *IC) {
657   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
658     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
659   }
660
661   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
662   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
663   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
664
665   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
666     if (ConstIsRHS)
667       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
668     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
669   }
670
671   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
672   if (!ConstIsRHS)
673     std::swap(Op0, Op1);
674
675   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
676     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
677                                     SO->getName()+".op");
678     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
679     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
680       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
681     return RI;
682   }
683   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
684     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
685                                    SO->getName()+".cmp");
686   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
687     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
688                                    SO->getName()+".cmp");
689   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
690 }
691
692 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
693 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
694 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
695 // not have a second operand.
696 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
697   // Don't modify shared select instructions
698   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
699   Value *TV = SI->getOperand(1);
700   Value *FV = SI->getOperand(2);
701
702   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
703     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
704     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
705
706     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
707     // elements on both sides.
708     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
709       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
710       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
711
712       // Verify that either both or neither are vectors.
713       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
714       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
715       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
716         return nullptr;
717     }
718
719     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
720     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
721
722     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
723                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
724   }
725   return nullptr;
726 }
727
728
729 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
730 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
731 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
732 ///
733 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
734   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
735   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
736   if (NumPHIValues == 0)
737     return nullptr;
738
739   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
740   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
741   // uses into the PHI.
742   if (!PN->hasOneUse()) {
743     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
744     for (User *U : PN->users()) {
745       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
746       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
747         return nullptr;
748     }
749     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
750   }
751
752   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
753   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
754   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
755   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
756   // their computation can be expensive without a cost model.
757   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
758   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
759     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
760     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
761       continue;
762
763     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
764     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
765
766     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
767
768     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
769     // insert a computation after it without breaking the edge.
770     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
771       if (II->getParent() == NonConstBB)
772         return nullptr;
773
774     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
775     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
776     // instcombine.
777     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, DT, LI))
778       return nullptr;
779   }
780
781   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
782   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
783   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
784   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
785   if (NonConstBB != nullptr) {
786     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
787     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
788   }
789
790   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
791   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
792   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
793   NewPN->takeName(PN);
794
795   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
796   // predecessors terminator.
797   if (NonConstBB)
798     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
799
800   // Next, add all of the operands to the PHI.
801   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
802     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
803     // not the true/false values.
804     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
805     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
806     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
807     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
808       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
809       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
810       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
811       Value *InV = nullptr;
812       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
813       // even if currently isNullValue gives false.
814       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
815       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
816         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
817       else
818         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
819                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
820       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
821     }
822   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
823     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
824     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
825       Value *InV = nullptr;
826       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
827         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
828       else if (isa<ICmpInst>(CI))
829         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
830                                   C, "phitmp");
831       else
832         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
833                                   C, "phitmp");
834       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
835     }
836   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
837     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
838     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
839       Value *InV = nullptr;
840       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
841         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
842       else
843         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
844                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
845       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
846     }
847   } else {
848     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
849     Type *RetTy = CI->getType();
850     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
851       Value *InV;
852       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
853         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
854       else
855         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
856                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
857       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
858     }
859   }
860
861   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
862     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
863     if (User == &I) continue;
864     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
865     EraseInstFromFunction(*User);
866   }
867   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
868 }
869
870 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
871 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
872 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
873 /// return the resultant element type, otherwise return null.
874 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
875                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
876   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
877
878   if (!DL)
879     return nullptr;
880
881   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
882   if (!Ty->isSized())
883     return nullptr;
884
885   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
886   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
887   // is something like [0 x {int, int}]
888   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
889   int64_t FirstIdx = 0;
890   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
891     FirstIdx = Offset/TySize;
892     Offset -= FirstIdx*TySize;
893
894     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
895     if (Offset < 0) {
896       --FirstIdx;
897       Offset += TySize;
898       assert(Offset >= 0);
899     }
900     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
901   }
902
903   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
904
905   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
906   while (Offset) {
907     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
908     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
909       return nullptr;
910
911     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
912       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
913       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
914              "Offset must stay within the indexed type");
915
916       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
917       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
918                                             Elt));
919
920       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
921       Ty = STy->getElementType(Elt);
922     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
923       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
924       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
925       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
926       Offset %= EltSize;
927       Ty = AT->getElementType();
928     } else {
929       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
930       return nullptr;
931     }
932   }
933
934   return Ty;
935 }
936
937 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
938   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
939   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
940   // the indices.
941   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
942       !Src.hasOneUse())
943     return false;
944   return true;
945 }
946
947 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
948 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
949 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
950   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
951   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
952          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
953
954   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
955   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
956     NoSignedWrap = true;
957     return Val;
958   }
959
960   // If Scale is zero then it does not divide Val.
961   if (Scale.isMinValue())
962     return nullptr;
963
964   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
965   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
966   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
967   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
968   // down from Val:
969   //
970   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
971   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
972   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
973   //
974   // Then to modify a term at the bottom:
975   //
976   //     Val = M1 * X
977   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
978   //
979   // Then to work back up correcting nsw flags.
980
981   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
982   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
983   Value *Op = Val;
984
985   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
986   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
987   // 0'th operand of Val.
988   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
989
990   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
991   // levels that doesn't overflow.
992   bool RequireNoSignedWrap = false;
993
994   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
995   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
996
997   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
998
999     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1000       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1001       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1002       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1003       if (!Remainder.isMinValue())
1004         // Not divisible by Scale.
1005         return nullptr;
1006       // Replace with the quotient in the parent.
1007       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1008       NoSignedWrap = true;
1009       break;
1010     }
1011
1012     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1013
1014       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1015         // Multiplication.
1016         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1017         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1018           return nullptr;
1019
1020         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1021         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1022         // multiplication by something else.
1023         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1024         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1025
1026         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1027           // Multiplication by a constant.
1028           if (CI->getValue() == Scale) {
1029             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1030             // by its left-hand side in the parent.
1031             Op = LHS;
1032             break;
1033           }
1034
1035           // Otherwise drill down into the constant.
1036           if (!Op->hasOneUse())
1037             return nullptr;
1038
1039           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1040           continue;
1041         }
1042
1043         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1044         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1045         if (!Op->hasOneUse())
1046           return nullptr;
1047
1048         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1049         continue;
1050       }
1051
1052       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1053           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1054         // Multiplication by a power of 2.
1055         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1056         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1057           return nullptr;
1058
1059         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1060         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1061           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1062         // Op = LHS << Amt.
1063
1064         if (Amt == logScale) {
1065           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1066           // by its left-hand side in the parent.
1067           Op = LHS;
1068           break;
1069         }
1070         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1071           return nullptr;
1072
1073         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1074         // by the scale in the parent.
1075         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1076         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1077         break;
1078       }
1079     }
1080
1081     if (!Op->hasOneUse())
1082       return nullptr;
1083
1084     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1085       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1086         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1087         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1088         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1089         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1090         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1091         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1092         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1093         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1094         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1095           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1096           return nullptr;
1097         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1098         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1099         RequireNoSignedWrap = true;
1100
1101         // Drill down through the cast.
1102         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1103         Scale = SmallScale;
1104         continue;
1105       }
1106
1107       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1108         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1109         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1110         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1111         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1112         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1113         // from this point up in the expression (see later).
1114         if (RequireNoSignedWrap)
1115           return nullptr;
1116
1117         // Drill down through the cast.
1118         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1119         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1120         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1121         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1122           logScale = -1;
1123         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1124         continue;
1125       }
1126     }
1127
1128     // Unsupported expression, bail out.
1129     return nullptr;
1130   }
1131
1132   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1133   if (match(Op, m_Zero())) {
1134     NoSignedWrap = true;
1135     return Op;
1136   }
1137
1138   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1139   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1140   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1141   // not to overflow.
1142
1143   if (!Parent.first)
1144     // The expression only had one term.
1145     return Op;
1146
1147   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1148   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1149   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1150          "Descaling was a no-op?");
1151   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1152   Worklist.Add(Parent.first);
1153
1154   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1155   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1156   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1157   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1158   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1159   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1160   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1161   do {
1162     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1163       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1164       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1165       // from this point on up.
1166       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1167       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1168       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1169         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1170         Worklist.Add(Ancestor);
1171       }
1172     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1173       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1174       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1175       // the absolute values of the truncations.
1176       NoSignedWrap = false;
1177     }
1178     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1179            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1180
1181     if (Ancestor == Val)
1182       // Got to the top, all done!
1183       return Val;
1184
1185     // Move up one level in the expression.
1186     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1187     Ancestor = Ancestor->user_back();
1188   } while (1);
1189 }
1190
1191 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1192 /// specified one but with other operands.
1193 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1194                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1195   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1196   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1197     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1198       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1199       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1200     }
1201     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1202       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1203   }
1204   return BORes;
1205 }
1206
1207 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1208 /// \param Inst Binary operator to transform.
1209 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1210 ///         null pointer if no transformation was made.
1211 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1212   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1213
1214   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1215   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1216   // See PR20059.
1217   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1218
1219   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1220   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1221   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1222   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1223
1224   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1225   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1226   // shuffle after binary operation:
1227   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1228   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1229     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1230     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1231     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1232         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1233         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1234         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1235       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1236           RShuf->getOperand(0), Builder);
1237       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1238           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1239       return Res;
1240     }
1241   }
1242
1243   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1244   // try moving the shuffle after the binary operation.
1245   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1246   Constant *C1 = nullptr;
1247   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1248   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1249   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1250   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1251   if (Shuffle && C1 &&
1252       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1253       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1254       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1255     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1256     // Find constant C2 that has property:
1257     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1258     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1259     // reorder is not possible.
1260     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1261                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1262     bool MayChange = true;
1263     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1264       if (ShMask[I] >= 0) {
1265         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1266         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1267           MayChange = false;
1268           break;
1269         }
1270         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1271       }
1272     }
1273     if (MayChange) {
1274       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1275       Value *NewLHS, *NewRHS;
1276       if (isa<Constant>(LHS)) {
1277         NewLHS = C2;
1278         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1279       } else {
1280         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1281         NewRHS = C2;
1282       }
1283       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1284       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1285           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1286       return Res;
1287     }
1288   }
1289
1290   return nullptr;
1291 }
1292
1293 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1294   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1295
1296   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AC))
1297     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1298
1299   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1300
1301   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1302   // by multiples of a zero size type with zero.
1303   if (DL) {
1304     bool MadeChange = false;
1305     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1306
1307     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1308     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1309          I != E; ++I, ++GTI) {
1310       // Skip indices into struct types.
1311       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1312       if (!SeqTy) continue;
1313
1314       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1315       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1316       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1317           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1318         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1319           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1320           MadeChange = true;
1321         }
1322
1323       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1324       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1325         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1326         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1327         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1328         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1329         MadeChange = true;
1330       }
1331     }
1332     if (MadeChange) return &GEP;
1333   }
1334
1335   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1336   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1337     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1338     if (!Op1)
1339       return nullptr;
1340
1341     signed DI = -1;
1342
1343     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1344       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1345       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1346         return nullptr;
1347
1348       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1349       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1350
1351       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1352         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1353           return nullptr;
1354
1355         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1356           if (DI == -1) {
1357             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1358             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1359             // variable.
1360
1361             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1362             // static for struct slots
1363             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1364               return nullptr;
1365
1366             DI = J;
1367           } else {
1368             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1369             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1370             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1371             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1372             // directly supports and would need to be broken into several
1373             // simpler instructions anyway.
1374             return nullptr;
1375           }
1376         }
1377
1378         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1379         if (J > 0) {
1380           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1381             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1382           } else {
1383             CurTy = nullptr;
1384           }
1385         }
1386       }
1387     }
1388
1389     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1390
1391     if (DI == -1) {
1392       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1393       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1394       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1395           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1396     } else {
1397       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1398       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1399       // set that index.
1400       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1401       Builder->SetInsertPoint(PN);
1402       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1403                                           PN->getNumOperands());
1404       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1405
1406       for (auto &I : PN->operands())
1407         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1408                            PN->getIncomingBlock(I));
1409
1410       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1411       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1412           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1413       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1414     }
1415
1416     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1417     PtrOp = NewGEP;
1418   }
1419
1420   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1421   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1422   // getelementptr instructions into a single instruction.
1423   //
1424   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1425     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1426       return nullptr;
1427
1428     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1429     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1430     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1431     if (GEPOperator *SrcGEP =
1432           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1433       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1434         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1435
1436     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1437
1438     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1439     bool EndsWithSequential = false;
1440     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1441          I != E; ++I)
1442       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1443
1444     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1445     if (EndsWithSequential) {
1446       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1447       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1448       //
1449       Value *Sum;
1450       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1451       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1452       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1453         Sum = GO1;
1454       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1455         Sum = SO1;
1456       } else {
1457         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1458         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1459         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1460         // normalized.
1461         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1462           return nullptr;
1463         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1464       }
1465
1466       // Update the GEP in place if possible.
1467       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1468         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1469         GEP.setOperand(1, Sum);
1470         return &GEP;
1471       }
1472       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1473       Indices.push_back(Sum);
1474       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1475     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1476                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1477                Src->getNumOperands() != 1) {
1478       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1479       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1480       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1481     }
1482
1483     if (!Indices.empty())
1484       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1485         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1486                                           GEP.getName()) :
1487         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1488   }
1489
1490   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1491     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1492     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1493         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1494       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1495       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1496       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1497
1498       bool Matched = false;
1499       uint64_t C;
1500       Value *V = nullptr;
1501       if (TyAllocSize == 1) {
1502         V = GEP.getOperand(1);
1503         Matched = true;
1504       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1505                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1506         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1507           Matched = true;
1508       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1509                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1510         if (TyAllocSize == C)
1511           Matched = true;
1512       }
1513
1514       if (Matched) {
1515         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1516         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1517         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1518         // pointer arithmetic.
1519         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1520           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1521           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1522           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1523           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1524         }
1525         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1526         // to (bitcast Y)
1527         Value *Y;
1528         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1529                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1530           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1531                                                                GEP.getType());
1532         }
1533       }
1534     }
1535   }
1536
1537   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1538   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1539   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1540
1541   // We do not handle pointer-vector geps here.
1542   if (!StrippedPtrTy)
1543     return nullptr;
1544
1545   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1546     bool HasZeroPointerIndex = false;
1547     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1548       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1549
1550     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1551     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1552     //
1553     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1554     //           into     : GEP i8* X, ...
1555     //
1556     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1557     if (HasZeroPointerIndex) {
1558       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1559       if (ArrayType *CATy =
1560           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1561         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1562         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1563           // -> GEP i8* X, ...
1564           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1565           GetElementPtrInst *Res =
1566             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1567           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1568           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1569             return Res;
1570           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1571           // e.g.,
1572           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1573           // ->
1574           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1575           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1576           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1577         }
1578
1579         if (ArrayType *XATy =
1580               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1581           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1582           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1583             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1584             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1585             // to an array of the same type as the destination pointer
1586             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1587             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1588             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1589               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1590               return &GEP;
1591             }
1592             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1593             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1594             // an addrspacecast.
1595             // e.g.,
1596             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1597             //   i32 0, ...
1598             // ->
1599             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1600             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1601             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1602             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1603               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1604               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1605             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1606           }
1607         }
1608       }
1609     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1610       // Transform things like:
1611       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1612       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1613       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1614       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1615       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1616           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1617           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1618         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1619         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1620         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1621           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1622           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1623
1624         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1625         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1626                                                              GEP.getType());
1627       }
1628
1629       // Transform things like:
1630       // %V = mul i64 %N, 4
1631       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1632       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1633       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1634         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1635         // factor.
1636         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1637         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1638         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1639           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1640           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1641           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1642
1643           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1644           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1645           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1646                  "Index not cast to pointer width?");
1647
1648           bool NSW;
1649           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1650             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1651             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1652             // GEP may not be "inbounds".
1653             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1654               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1655               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1656
1657             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1658             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1659                                                                  GEP.getType());
1660           }
1661         }
1662       }
1663
1664       // Similarly, transform things like:
1665       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1666       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1667       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1668       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1669           SrcElTy->isArrayTy()) {
1670         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1671         // index by a scale factor.
1672         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1673         uint64_t ArrayEltSize
1674           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1675         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1676           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1677           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1678           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1679
1680           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1681           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1682           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1683                  "Index not cast to pointer width?");
1684
1685           bool NSW;
1686           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1687             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1688             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1689             // GEP may not be "inbounds".
1690             Value *Off[2] = {
1691               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1692               NewIdx
1693             };
1694
1695             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1696               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1697               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1698             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1699             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1700                                                                  GEP.getType());
1701           }
1702         }
1703       }
1704     }
1705   }
1706
1707   if (!DL)
1708     return nullptr;
1709
1710   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1711   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1712   // through the addrspacecast.
1713   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1714     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1715     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1716     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1717     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1718     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1719       PtrOp = BC;
1720   }
1721
1722   /// See if we can simplify:
1723   ///   X = bitcast A* to B*
1724   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1725   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1726   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1727   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1728     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1729     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1730     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1731     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1732     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1733         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1734
1735       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1736       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1737       if (!Offset) {
1738         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1739         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1740         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1741           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1742           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1743             if (I != BCI) {
1744               I->takeName(BCI);
1745               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1746               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1747             }
1748             return &GEP;
1749           }
1750         }
1751
1752         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1753           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1754         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1755       }
1756
1757       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1758       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1759       // GEP.
1760       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1761       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1762         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1763           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1764           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1765
1766         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1767           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1768         NGEP->takeName(&GEP);
1769
1770         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1771           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1772         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1773       }
1774     }
1775   }
1776
1777   return nullptr;
1778 }
1779
1780 static bool
1781 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1782                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1783   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1784   Worklist.push_back(AI);
1785
1786   do {
1787     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1788     for (User *U : PI->users()) {
1789       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1790       switch (I->getOpcode()) {
1791       default:
1792         // Give up the moment we see something we can't handle.
1793         return false;
1794
1795       case Instruction::BitCast:
1796       case Instruction::GetElementPtr:
1797         Users.push_back(I);
1798         Worklist.push_back(I);
1799         continue;
1800
1801       case Instruction::ICmp: {
1802         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1803         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1804         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1805           return false;
1806         Users.push_back(I);
1807         continue;
1808       }
1809
1810       case Instruction::Call:
1811         // Ignore no-op and store intrinsics.
1812         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1813           switch (II->getIntrinsicID()) {
1814           default:
1815             return false;
1816
1817           case Intrinsic::memmove:
1818           case Intrinsic::memcpy:
1819           case Intrinsic::memset: {
1820             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1821             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1822               return false;
1823           }
1824           // fall through
1825           case Intrinsic::dbg_declare:
1826           case Intrinsic::dbg_value:
1827           case Intrinsic::invariant_start:
1828           case Intrinsic::invariant_end:
1829           case Intrinsic::lifetime_start:
1830           case Intrinsic::lifetime_end:
1831           case Intrinsic::objectsize:
1832             Users.push_back(I);
1833             continue;
1834           }
1835         }
1836
1837         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1838           Users.push_back(I);
1839           continue;
1840         }
1841         return false;
1842
1843       case Instruction::Store: {
1844         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1845         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1846           return false;
1847         Users.push_back(I);
1848         continue;
1849       }
1850       }
1851       llvm_unreachable("missing a return?");
1852     }
1853   } while (!Worklist.empty());
1854   return true;
1855 }
1856
1857 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1858   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1859   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1860   // true or false as appropriate.
1861   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1862   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1863     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1864       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1865       if (!I) continue;
1866
1867       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1868         ReplaceInstUsesWith(*C,
1869                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1870                                              C->isFalseWhenEqual()));
1871       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1872         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1873       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1874         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1875           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1876           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1877           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1878         }
1879       }
1880       EraseInstFromFunction(*I);
1881     }
1882
1883     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1884       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1885       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1886       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1887       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1888                          None, "", II->getParent());
1889     }
1890     return EraseInstFromFunction(MI);
1891   }
1892   return nullptr;
1893 }
1894
1895 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1896 ///
1897 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1898 /// against NULL (property 0).
1899 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1900 ///
1901 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1902 /// will be removed, i.e.:
1903 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1904 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1905 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1906 ///
1907 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1908 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1909 /// profitable (e.g., for code size).
1910 static Instruction *
1911 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1912   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1913   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1914   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1915
1916   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1917   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1918   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1919   //        not be profitable even for code size.
1920   if (!PredBB)
1921     return nullptr;
1922
1923   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1924   //                         free and an unconditional branch?
1925   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1926   //        predecessor block
1927   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1928     return nullptr;
1929   BasicBlock *SuccBB;
1930   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1931     return nullptr;
1932
1933   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1934   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1935   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1936   ICmpInst::Predicate Pred;
1937   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1938     return nullptr;
1939   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1940     return nullptr;
1941
1942   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1943   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1944     return nullptr;
1945   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1946          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1947
1948   FI.moveBefore(TI);
1949   return &FI;
1950 }
1951
1952
1953 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1954   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1955
1956   // free undef -> unreachable.
1957   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1958     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1959     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1960                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1961     return EraseInstFromFunction(FI);
1962   }
1963
1964   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1965   // when lots of inlining happens.
1966   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1967     return EraseInstFromFunction(FI);
1968
1969   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1970   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1971   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1972   // if (foo) free(foo);
1973   // into
1974   // free(foo);
1975   if (MinimizeSize)
1976     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1977       return I;
1978
1979   return nullptr;
1980 }
1981
1982 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
1983   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
1984     return nullptr;
1985
1986   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
1987   Type *VTy = ResultOp->getType();
1988   if (!VTy->isIntegerTy())
1989     return nullptr;
1990
1991   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
1992   // determine the value. If so, constant fold it.
1993   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
1994   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
1995   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
1996   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
1997     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
1998
1999   return nullptr;
2000 }
2001
2002 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2003   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2004   Value *X = nullptr;
2005   BasicBlock *TrueDest;
2006   BasicBlock *FalseDest;
2007   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2008       !isa<Constant>(X)) {
2009     // Swap Destinations and condition...
2010     BI.setCondition(X);
2011     BI.swapSuccessors();
2012     return &BI;
2013   }
2014
2015   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2016   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2017   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2018                              TrueDest, FalseDest)) &&
2019       BI.getCondition()->hasOneUse())
2020     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2021         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2022       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2023       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2024
2025       // Swap Destinations and condition.
2026       BI.swapSuccessors();
2027       Worklist.Add(Cond);
2028       return &BI;
2029     }
2030
2031   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2032   ICmpInst::Predicate IPred;
2033   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2034                       TrueDest, FalseDest)) &&
2035       BI.getCondition()->hasOneUse())
2036     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2037         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2038         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2039       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2040       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2041       // Swap Destinations and condition.
2042       BI.swapSuccessors();
2043       Worklist.Add(Cond);
2044       return &BI;
2045     }
2046
2047   return nullptr;
2048 }
2049
2050 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2051   Value *Cond = SI.getCondition();
2052   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2053   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2054   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2055   unsigned LeadingKnownZeros = KnownZero.countLeadingOnes();
2056   unsigned LeadingKnownOnes = KnownOne.countLeadingOnes();
2057
2058   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2059   for (auto &C : SI.cases()) {
2060     LeadingKnownZeros = std::min(
2061         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2062     LeadingKnownOnes = std::min(
2063         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2064   }
2065
2066   unsigned NewWidth = BitWidth - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2067
2068   // Truncate the condition operand if the new type is equal to or larger than
2069   // the largest legal integer type. We need to be conservative here since
2070   // x86 generates redundant zero-extenstion instructions if the operand is
2071   // truncated to i8 or i16.
2072   bool TruncCond = false;
2073   if (DL && BitWidth > NewWidth &&
2074       NewWidth >= DL->getLargestLegalIntTypeSize()) {
2075     TruncCond = true;
2076     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2077     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2078     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(SI.getCondition(), Ty, "trunc");
2079     SI.setCondition(NewCond);
2080
2081     for (auto &C : SI.cases())
2082       static_cast<SwitchInst::CaseIt *>(&C)->setValue(ConstantInt::get(
2083           SI.getContext(), C.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth)));
2084   }
2085
2086   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2087     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2088       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2089         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2090         // Skip the first item since that's the default case.
2091         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2092              i != e; ++i) {
2093           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2094           Constant *LHS = CaseVal;
2095           if (TruncCond)
2096             LHS = LeadingKnownZeros
2097                       ? ConstantExpr::getZExt(CaseVal, Cond->getType())
2098                       : ConstantExpr::getSExt(CaseVal, Cond->getType());
2099           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(LHS, AddRHS);
2100           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2101                  "Result of expression should be constant");
2102           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2103         }
2104         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2105         Worklist.Add(I);
2106         return &SI;
2107       }
2108   }
2109
2110   return TruncCond ? &SI : nullptr;
2111 }
2112
2113 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2114   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2115
2116   if (!EV.hasIndices())
2117     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2118
2119   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2120     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2121       if (EV.getNumIndices() == 0)
2122         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2123       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2124       // first index
2125       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2126     }
2127     return nullptr; // Can't handle other constants
2128   }
2129
2130   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2131     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2132     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2133     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2134          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2135          exti != exte && insi != inse;
2136          ++exti, ++insi) {
2137       if (*insi != *exti)
2138         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2139         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2140         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2141         // operand of the insert. i.e., replace
2142         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2143         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2144         // with
2145         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2146         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2147                                         EV.getIndices());
2148     }
2149     if (exti == exte && insi == inse)
2150       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2151       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2152       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2153       // with "i32 42"
2154       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2155     if (exti == exte) {
2156       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2157       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2158       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2159       // with
2160       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2161       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2162       // by switching the order of the insert and extract (though the
2163       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2164       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2165                                                  EV.getIndices());
2166       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2167                                      makeArrayRef(insi, inse));
2168     }
2169     if (insi == inse)
2170       // The insert list is a prefix of the extract list
2171       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2172       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2173       // i.e., replace
2174       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2175       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2176       // with
2177       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2178       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2179                                       makeArrayRef(exti, exte));
2180   }
2181   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2182     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2183     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2184     // just get one value.
2185     if (II->hasOneUse()) {
2186       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2187       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2188       // and replace it with a traditional binary instruction.
2189       switch (II->getIntrinsicID()) {
2190       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2191       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2192         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2193           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2194           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2195           EraseInstFromFunction(*II);
2196           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2197         }
2198
2199         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2200         // we can transform this into a range comparison.
2201         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2202         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2203           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2204             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2205                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2206         break;
2207       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2208       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2209         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2210           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2211           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2212           EraseInstFromFunction(*II);
2213           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2214         }
2215         break;
2216       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2217       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2218         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2219           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2220           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2221           EraseInstFromFunction(*II);
2222           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2223         }
2224         break;
2225       default:
2226         break;
2227       }
2228     }
2229   }
2230   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2231     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2232     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2233     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2234     //        could be done regardless of having multiple uses.
2235     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2236       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2237       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2238       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2239       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2240       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2241             I != E; ++I)
2242         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2243
2244       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2245       // the extractvalue.
2246       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2247       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2248       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2249       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2250       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2251     }
2252   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2253   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2254   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2255   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2256   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2257   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2258   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2259   // aren't handled yet.
2260   return nullptr;
2261 }
2262
2263 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2264 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2265   switch (Personality) {
2266   case EHPersonality::GNU_C:
2267     // The GCC C EH personality only exists to support cleanups, so it's not
2268     // clear what the semantics of catch clauses are.
2269     return false;
2270   case EHPersonality::Unknown:
2271     return false;
2272   case EHPersonality::GNU_Ada:
2273     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2274     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2275     return false;
2276   case EHPersonality::GNU_CXX:
2277   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2278   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2279   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2280   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2281     return TypeInfo->isNullValue();
2282   }
2283   llvm_unreachable("invalid enum");
2284 }
2285
2286 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2287   return
2288     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2289   <
2290     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2291 }
2292
2293 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2294   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2295   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2296   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2297   EHPersonality Personality = classifyEHPersonality(LI.getPersonalityFn());
2298
2299   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2300   // (these are often created by inlining).
2301   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2302   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2303   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2304
2305   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2306   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2307     bool isLastClause = i + 1 == e;
2308     if (LI.isCatch(i)) {
2309       // A catch clause.
2310       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2311       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2312
2313       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2314       // copy of it.
2315       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2316         // This catch clause was not already seen.
2317         NewClauses.push_back(CatchClause);
2318       } else {
2319         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2320         MakeNewInstruction = true;
2321       }
2322
2323       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2324       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2325       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2326         if (!isLastClause)
2327           MakeNewInstruction = true;
2328         CleanupFlag = false;
2329         break;
2330       }
2331     } else {
2332       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2333       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2334       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2335       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2336       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2337       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2338       // class derived from it).
2339       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2340       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2341       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2342       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2343
2344       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2345       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2346       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2347       if (!NumTypeInfos) {
2348         NewClauses.push_back(FilterClause);
2349         if (!isLastClause)
2350           MakeNewInstruction = true;
2351         CleanupFlag = false;
2352         break;
2353       }
2354
2355       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2356       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2357       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2358         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2359         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2360         Constant *TypeInfo =
2361           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2362         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2363         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2364           // Throw the filter away.
2365           MakeNewInstruction = true;
2366           continue;
2367         }
2368
2369         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2370         // discard all but the first copy if there is more than one.
2371         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2372         if (NumTypeInfos > 1)
2373           MakeNewFilter = true;
2374       } else {
2375         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2376         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2377         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2378
2379         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2380         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2381         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2382         bool SawCatchAll = false;
2383         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2384           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2385           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2386           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2387             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2388             SawCatchAll = true;
2389             break;
2390           }
2391           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2392             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2393             // is pointless.
2394             continue;
2395           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2396           // a filter, so only add it if we didn't already.
2397           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2398             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2399         }
2400         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2401         if (SawCatchAll) {
2402           // Throw the filter away.
2403           MakeNewInstruction = true;
2404           continue;
2405         }
2406
2407         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2408         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2409           MakeNewFilter = true;
2410       }
2411       if (MakeNewFilter) {
2412         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2413                                     NewFilterElts.size());
2414         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2415         MakeNewInstruction = true;
2416       }
2417
2418       NewClauses.push_back(FilterClause);
2419
2420       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2421       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2422       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2423       // already handled above.
2424       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2425         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2426         CleanupFlag = false;
2427         break;
2428       }
2429     }
2430   }
2431
2432   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2433   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2434   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2435   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2436   // filter optimizations below.
2437   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2438     unsigned j;
2439     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2440     for (j = i; j != e; ++j)
2441       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2442         break;
2443
2444     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2445     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2446     // new landingpad instruction if it does.
2447     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2448       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2449         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2450         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2451         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2452                          shorter_filter);
2453         MakeNewInstruction = true;
2454         break;
2455       }
2456
2457     // Look for the next batch of filters.
2458     i = j + 1;
2459   }
2460
2461   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2462   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2463   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2464   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2465   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2466   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2467   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2468   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2469   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2470   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2471   // specifications.
2472   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2473     // Examine each filter in turn.
2474     Value *Filter = NewClauses[i];
2475     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2476     if (!FTy)
2477       // Not a filter - skip it.
2478       continue;
2479     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2480     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2481     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2482     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2483       Value *LFilter = NewClauses[j];
2484       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2485       if (!LTy)
2486         // Not a filter - skip it.
2487         continue;
2488       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2489       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2490       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2491       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2492       if (!FElts) {
2493         // Discard LFilter.
2494         NewClauses.erase(J);
2495         MakeNewInstruction = true;
2496         // Move on to the next filter.
2497         continue;
2498       }
2499       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2500       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2501       if (FElts > LElts)
2502         // Move on to the next filter.
2503         continue;
2504       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2505       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2506         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2507         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2508         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2509           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2510           // Discard LFilter.
2511           NewClauses.erase(J);
2512           MakeNewInstruction = true;
2513         }
2514         // Move on to the next filter.
2515         continue;
2516       }
2517       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2518       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2519         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2520         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2521         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2522         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2523           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2524             // LFilter contains a zero - discard it.
2525             NewClauses.erase(J);
2526             MakeNewInstruction = true;
2527             break;
2528           }
2529         // Move on to the next filter.
2530         continue;
2531       }
2532       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2533       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2534       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2535       // using a method that scales nicely.
2536       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2537       bool AllFound = true;
2538       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2539         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2540         AllFound = false;
2541         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2542           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2543           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2544             AllFound = true;
2545             break;
2546           }
2547         }
2548         if (!AllFound)
2549           break;
2550       }
2551       if (AllFound) {
2552         // Discard LFilter.
2553         NewClauses.erase(J);
2554         MakeNewInstruction = true;
2555       }
2556       // Move on to the next filter.
2557     }
2558   }
2559
2560   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2561   // with a new one.
2562   if (MakeNewInstruction) {
2563     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2564                                                  LI.getPersonalityFn(),
2565                                                  NewClauses.size());
2566     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2567       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2568     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2569     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2570     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2571     if (NewClauses.empty())
2572       CleanupFlag = true;
2573     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2574     return NLI;
2575   }
2576
2577   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2578   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2579   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2580     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2581     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2582     return &LI;
2583   }
2584
2585   return nullptr;
2586 }
2587
2588 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2589 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2590 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2591 /// end of its block.
2592 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2593   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2594
2595   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2596   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2597       isa<TerminatorInst>(I))
2598     return false;
2599
2600   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2601   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2602         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2603     return false;
2604
2605   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2606   // the end of block that could change the value.
2607   if (I->mayReadFromMemory()) {
2608     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2609          Scan != E; ++Scan)
2610       if (Scan->mayWriteToMemory())
2611         return false;
2612   }
2613
2614   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2615   I->moveBefore(InsertPos);
2616   ++NumSunkInst;
2617   return true;
2618 }
2619
2620 bool InstCombiner::run() {
2621   while (!Worklist.isEmpty()) {
2622     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2623     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2624
2625     // Check to see if we can DCE the instruction.
2626     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2627       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2628       EraseInstFromFunction(*I);
2629       ++NumDeadInst;
2630       MadeIRChange = true;
2631       continue;
2632     }
2633
2634     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2635     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2636       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2637         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2638
2639         // Add operands to the worklist.
2640         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2641         ++NumConstProp;
2642         EraseInstFromFunction(*I);
2643         MadeIRChange = true;
2644         continue;
2645       }
2646
2647     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2648     if (I->hasOneUse()) {
2649       BasicBlock *BB = I->getParent();
2650       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2651       BasicBlock *UserParent;
2652
2653       // Get the block the use occurs in.
2654       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2655         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2656       else
2657         UserParent = UserInst->getParent();
2658
2659       if (UserParent != BB) {
2660         bool UserIsSuccessor = false;
2661         // See if the user is one of our successors.
2662         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2663           if (*SI == UserParent) {
2664             UserIsSuccessor = true;
2665             break;
2666           }
2667
2668         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2669         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2670         // otherwise), we can keep going.
2671         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2672           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2673           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2674             MadeIRChange = true;
2675             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2676             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2677             // worklist
2678             for (Use &U : I->operands())
2679               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2680                 Worklist.Add(OpI);
2681           }
2682         }
2683       }
2684     }
2685
2686     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2687     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2688     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2689
2690 #ifndef NDEBUG
2691     std::string OrigI;
2692 #endif
2693     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2694     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2695
2696     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2697       ++NumCombined;
2698       // Should we replace the old instruction with a new one?
2699       if (Result != I) {
2700         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2701                      << "    New = " << *Result << '\n');
2702
2703         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2704           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2705         // Everything uses the new instruction now.
2706         I->replaceAllUsesWith(Result);
2707
2708         // Move the name to the new instruction first.
2709         Result->takeName(I);
2710
2711         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2712         Worklist.Add(Result);
2713         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2714
2715         // Insert the new instruction into the basic block...
2716         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2717         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2718
2719         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2720         // insertion point.
2721         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2722           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2723
2724         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2725
2726         EraseInstFromFunction(*I);
2727       } else {
2728 #ifndef NDEBUG
2729         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2730                      << "    New = " << *I << '\n');
2731 #endif
2732
2733         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2734         // if so, remove it.
2735         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2736           EraseInstFromFunction(*I);
2737         } else {
2738           Worklist.Add(I);
2739           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2740         }
2741       }
2742       MadeIRChange = true;
2743     }
2744   }
2745
2746   Worklist.Zap();
2747   return MadeIRChange;
2748 }
2749
2750 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2751 /// all reachable code to the worklist.
2752 ///
2753 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2754 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2755 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2756 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2757 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2758 ///
2759 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2760                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2761                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
2762                                        const DataLayout *DL,
2763                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2764   bool MadeIRChange = false;
2765   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2766   Worklist.push_back(BB);
2767
2768   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2769   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2770
2771   do {
2772     BB = Worklist.pop_back_val();
2773
2774     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2775     if (!Visited.insert(BB).second)
2776       continue;
2777
2778     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2779       Instruction *Inst = BBI++;
2780
2781       // DCE instruction if trivially dead.
2782       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2783         ++NumDeadInst;
2784         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2785         Inst->eraseFromParent();
2786         continue;
2787       }
2788
2789       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2790       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2791         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2792           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2793                        << *Inst << '\n');
2794           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2795           ++NumConstProp;
2796           Inst->eraseFromParent();
2797           continue;
2798         }
2799
2800       if (DL) {
2801         // See if we can constant fold its operands.
2802         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2803              i != e; ++i) {
2804           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2805           if (CE == nullptr) continue;
2806
2807           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2808           if (!FoldRes)
2809             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2810           if (!FoldRes)
2811             FoldRes = CE;
2812
2813           if (FoldRes != CE) {
2814             *i = FoldRes;
2815             MadeIRChange = true;
2816           }
2817         }
2818       }
2819
2820       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2821     }
2822
2823     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2824     // constant, only visit the reachable successor.
2825     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2826     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2827       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2828         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2829         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2830         Worklist.push_back(ReachableBB);
2831         continue;
2832       }
2833     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2834       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2835         // See if this is an explicit destination.
2836         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2837              i != e; ++i)
2838           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2839             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2840             Worklist.push_back(ReachableBB);
2841             continue;
2842           }
2843
2844         // Otherwise it is the default destination.
2845         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2846         continue;
2847       }
2848     }
2849
2850     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2851       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2852   } while (!Worklist.empty());
2853
2854   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2855   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2856   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2857   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2858   // some N^2 behavior in pathological cases.
2859   ICWorklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2860                              InstrsForInstCombineWorklist.size());
2861
2862   return MadeIRChange;
2863 }
2864
2865 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
2866 /// blocks discovered in the process.
2867 ///
2868 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
2869 /// the combiner itself run much faster.
2870 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout *DL,
2871                                           TargetLibraryInfo *TLI,
2872                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
2873   bool MadeIRChange = false;
2874
2875   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2876   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2877   // track of which blocks we visit.
2878   SmallPtrSet<BasicBlock *, 64> Visited;
2879   MadeIRChange |=
2880       AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, ICWorklist, DL, TLI);
2881
2882   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2883   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2884   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2885   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2886     if (Visited.count(BB))
2887       continue;
2888
2889     // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2890     // having to update as many def-use and use-def chains.
2891     Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2892     while (EndInst != BB->begin()) {
2893       // Delete the next to last instruction.
2894       BasicBlock::iterator I = EndInst;
2895       Instruction *Inst = --I;
2896       if (!Inst->use_empty())
2897         Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2898       if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2899         EndInst = Inst;
2900         continue;
2901       }
2902       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2903         ++NumDeadInst;
2904         MadeIRChange = true;
2905       }
2906       Inst->eraseFromParent();
2907     }
2908   }
2909
2910   return MadeIRChange;
2911 }
2912
2913 static bool
2914 combineInstructionsOverFunction(Function &F, InstCombineWorklist &Worklist,
2915                                 AssumptionCache &AC, TargetLibraryInfo &TLI,
2916                                 DominatorTree &DT, LoopInfo *LI = nullptr) {
2917   // Minimizing size?
2918   bool MinimizeSize = F.hasFnAttribute(Attribute::MinSize);
2919   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
2920
2921   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2922   /// instructions into the worklist when they are created.
2923   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> Builder(
2924       F.getContext(), TargetFolder(&DL), InstCombineIRInserter(Worklist, &AC));
2925
2926   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2927   // by instcombiner.
2928   bool DbgDeclaresChanged = LowerDbgDeclare(F);
2929
2930   // Iterate while there is work to do.
2931   int Iteration = 0;
2932   for (;;) {
2933     ++Iteration;
2934     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2935                  << F.getName() << "\n");
2936
2937     bool Changed = false;
2938     if (prepareICWorklistFromFunction(F, &DL, &TLI, Worklist))
2939       Changed = true;
2940
2941     InstCombiner IC(Worklist, &Builder, MinimizeSize, &AC, &TLI, &DT, &DL, LI);
2942     if (IC.run())
2943       Changed = true;
2944
2945     if (!Changed)
2946       break;
2947   }
2948
2949   return DbgDeclaresChanged || Iteration > 1;
2950 }
2951
2952 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
2953                                        AnalysisManager<Function> *AM) {
2954   auto &AC = AM->getResult<AssumptionAnalysis>(F);
2955   auto &DT = AM->getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
2956   auto &TLI = AM->getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
2957
2958   auto *LI = AM->getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
2959
2960   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AC, TLI, DT, LI))
2961     // No changes, all analyses are preserved.
2962     return PreservedAnalyses::all();
2963
2964   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
2965   // FIXME: Need a way to preserve CFG analyses here!
2966   PreservedAnalyses PA;
2967   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
2968   return PA;
2969 }
2970
2971 namespace {
2972 /// \brief The legacy pass manager's instcombine pass.
2973 ///
2974 /// This is a basic whole-function wrapper around the instcombine utility. It
2975 /// will try to combine all instructions in the function.
2976 class InstructionCombiningPass : public FunctionPass {
2977   InstCombineWorklist Worklist;
2978
2979 public:
2980   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2981
2982   InstructionCombiningPass() : FunctionPass(ID) {
2983     initializeInstructionCombiningPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2984   }
2985
2986   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
2987   bool runOnFunction(Function &F) override;
2988 };
2989 }
2990
2991 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
2992   AU.setPreservesCFG();
2993   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2994   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2995   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2996   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2997 }
2998
2999 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3000   if (skipOptnoneFunction(F))
3001     return false;
3002
3003   // Required analyses.
3004   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3005   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3006   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3007
3008   // Optional analyses.
3009   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3010   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3011
3012   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AC, TLI, DT, LI);
3013 }
3014
3015 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3016 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3017                       "Combine redundant instructions", false, false)
3018 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3019 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3020 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3021 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3022                     "Combine redundant instructions", false, false)
3023
3024 // Initialization Routines
3025 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3026   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3027 }
3028
3029 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3030   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3031 }
3032
3033 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
3034   return new InstructionCombiningPass();
3035 }