Refactoring SimplifyLibCalls to remove static initializers and generally cleaning...
[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/Scalar.h"
37 #include "InstCombine.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/AssumptionTracker.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/IR/CFG.h"
48 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
49 #include "llvm/IR/Dominators.h"
50 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
52 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
58 #include <algorithm>
59 #include <climits>
60 using namespace llvm;
61 using namespace llvm::PatternMatch;
62
63 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
64
65 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
66 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
67 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
68 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
69 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
70 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
71 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
72
73 static cl::opt<bool>
74     EnableUnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
75                          cl::init(false),
76                          cl::desc("Enable unsafe double to float "
77                                   "shrinking for math lib calls"));
78
79 // Initialization Routines
80 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
81   initializeInstCombinerPass(Registry);
82 }
83
84 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
85   initializeInstCombine(*unwrap(R));
86 }
87
88 char InstCombiner::ID = 0;
89 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
90                 "Combine redundant instructions", false, false)
91 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
92 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
93 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
94                 "Combine redundant instructions", false, false)
95
96 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
97   AU.setPreservesCFG();
98   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
99   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
100 }
101
102
103 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
104   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
105 }
106
107 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
108 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
109 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
110 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
111   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
112
113   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
114   if (!DL) return false;
115
116   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
117   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
118   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
119   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
120
121   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
122   // type, don't do the transformation.
123   if (FromLegal && !ToLegal)
124     return false;
125
126   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
127   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
128   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
129     return false;
130
131   return true;
132 }
133
134 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
135 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
136 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
137 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
138 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
139 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
140   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
141   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
142     return false;
143   }
144
145   // We reason about Add and Sub Only.
146   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
147   if (Opcode != Instruction::Add &&
148       Opcode != Instruction::Sub) {
149     return false;
150   }
151
152   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
153   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
154
155   if (!CB || !CC) {
156     return false;
157   }
158
159   const APInt &BVal = CB->getValue();
160   const APInt &CVal = CC->getValue();
161   bool Overflow = false;
162
163   if (Opcode == Instruction::Add) {
164     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
165   } else {
166     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
167   }
168
169   return !Overflow;
170 }
171
172 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
173 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
174 /// preserved.
175 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
176   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
177   if (!FPMO) {
178     I.clearSubclassOptionalData();
179     return;
180   }
181
182   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
183   I.clearSubclassOptionalData();
184   I.setFastMathFlags(FMF);
185 }
186
187 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
188 /// operators which are associative or commutative:
189 //
190 //  Commutative operators:
191 //
192 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
193 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
194 //     binary operators.
195 //
196 //  Associative operators:
197 //
198 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
199 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
200 //
201 //  Associative and commutative operators:
202 //
203 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
204 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
205 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
206 //     if C1 and C2 are constants.
207 //
208 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
209   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
210   bool Changed = false;
211
212   do {
213     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
214     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
215     // binary operators.
216     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
217         getComplexity(I.getOperand(1)))
218       Changed = !I.swapOperands();
219
220     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
221     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
222
223     if (I.isAssociative()) {
224       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
225       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
226         Value *A = Op0->getOperand(0);
227         Value *B = Op0->getOperand(1);
228         Value *C = I.getOperand(1);
229
230         // Does "B op C" simplify?
231         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
232           // It simplifies to V.  Form "A op V".
233           I.setOperand(0, A);
234           I.setOperand(1, V);
235           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
236           // preserved by the reassociation.
237           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
238               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
239             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
240             // the operands to Op0.
241             I.clearSubclassOptionalData();
242             I.setHasNoSignedWrap(true);
243           } else {
244             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
245           }
246
247           Changed = true;
248           ++NumReassoc;
249           continue;
250         }
251       }
252
253       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
254       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
255         Value *A = I.getOperand(0);
256         Value *B = Op1->getOperand(0);
257         Value *C = Op1->getOperand(1);
258
259         // Does "A op B" simplify?
260         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
261           // It simplifies to V.  Form "V op C".
262           I.setOperand(0, V);
263           I.setOperand(1, C);
264           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
265           // preserved by the reassociation.
266           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
267           Changed = true;
268           ++NumReassoc;
269           continue;
270         }
271       }
272     }
273
274     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
275       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
276       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
277         Value *A = Op0->getOperand(0);
278         Value *B = Op0->getOperand(1);
279         Value *C = I.getOperand(1);
280
281         // Does "C op A" simplify?
282         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
283           // It simplifies to V.  Form "V op B".
284           I.setOperand(0, V);
285           I.setOperand(1, B);
286           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
287           // preserved by the reassociation.
288           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
289           Changed = true;
290           ++NumReassoc;
291           continue;
292         }
293       }
294
295       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
296       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
297         Value *A = I.getOperand(0);
298         Value *B = Op1->getOperand(0);
299         Value *C = Op1->getOperand(1);
300
301         // Does "C op A" simplify?
302         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
303           // It simplifies to V.  Form "B op V".
304           I.setOperand(0, B);
305           I.setOperand(1, V);
306           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
307           // preserved by the reassociation.
308           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
309           Changed = true;
310           ++NumReassoc;
311           continue;
312         }
313       }
314
315       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
316       // if C1 and C2 are constants.
317       if (Op0 && Op1 &&
318           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
319           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
320           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
321           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
322         Value *A = Op0->getOperand(0);
323         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
324         Value *B = Op1->getOperand(0);
325         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
326
327         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
328         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
329         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
330           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
331           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
332           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
333           New->setFastMathFlags(Flags);
334         }
335         InsertNewInstWith(New, I);
336         New->takeName(Op1);
337         I.setOperand(0, New);
338         I.setOperand(1, Folded);
339         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
340         // preserved by the reassociation.
341         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
342
343         Changed = true;
344         continue;
345       }
346     }
347
348     // No further simplifications.
349     return Changed;
350   } while (1);
351 }
352
353 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
354 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
355 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
356                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
357   switch (LOp) {
358   default:
359     return false;
360
361   case Instruction::And:
362     // And distributes over Or and Xor.
363     switch (ROp) {
364     default:
365       return false;
366     case Instruction::Or:
367     case Instruction::Xor:
368       return true;
369     }
370
371   case Instruction::Mul:
372     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
373     switch (ROp) {
374     default:
375       return false;
376     case Instruction::Add:
377     case Instruction::Sub:
378       return true;
379     }
380
381   case Instruction::Or:
382     // Or distributes over And.
383     switch (ROp) {
384     default:
385       return false;
386     case Instruction::And:
387       return true;
388     }
389   }
390 }
391
392 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
393 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
394 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
395                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
396   if (Instruction::isCommutative(ROp))
397     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
398
399   switch (LOp) {
400   default:
401     return false;
402   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
403   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
404   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
405   case Instruction::And:
406   case Instruction::Or:
407   case Instruction::Xor:
408     switch (ROp) {
409     default:
410       return false;
411     case Instruction::Shl:
412     case Instruction::LShr:
413     case Instruction::AShr:
414       return true;
415     }
416   }
417   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
418   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
419   // such subtleties.
420   return false;
421 }
422
423 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
424 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
425 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
426   if (isa<Constant>(V))
427     return nullptr;
428
429   if (OpCode == Instruction::Mul)
430     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
431
432   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
433
434   return nullptr;
435 }
436
437 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
438 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
439 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
440 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
441 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
442 /// RHS to 4.
443 static Instruction::BinaryOps
444 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
445                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
446   if (!Op)
447     return Instruction::BinaryOpsEnd;
448
449   LHS = Op->getOperand(0);
450   RHS = Op->getOperand(1);
451
452   switch (TopLevelOpcode) {
453   default:
454     return Op->getOpcode();
455
456   case Instruction::Add:
457   case Instruction::Sub:
458     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
459       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
460         // The multiplier is really 1 << CST.
461         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
462         return Instruction::Mul;
463       }
464     }
465     return Op->getOpcode();
466   }
467
468   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
469 }
470
471 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
472 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
473 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
474                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
475                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
476                                Value *B, Value *C, Value *D) {
477
478   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
479   // Checking A and C should be enough.
480   if (!A || !C || !B || !D)
481     return nullptr;
482
483   Value *SimplifiedInst = nullptr;
484   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
485   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
486
487   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
488   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
489
490   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
491   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
492     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
493     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
494     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
495       if (A != C)
496         std::swap(C, D);
497       // Consider forming "A op' (B op D)".
498       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
499       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
500       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
501       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
502       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
503         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
504       if (V) {
505         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
506       }
507     }
508
509   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
510   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
511     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
512     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
513     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
514       if (B != D)
515         std::swap(C, D);
516       // Consider forming "(A op C) op' B".
517       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
518       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
519
520       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
521       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
522       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
523         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
524       if (V) {
525         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
526       }
527     }
528
529   if (SimplifiedInst) {
530     ++NumFactor;
531     SimplifiedInst->takeName(&I);
532
533     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
534     // TODO: Check for NUW.
535     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
536       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
537         bool HasNSW = false;
538         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
539           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
540
541         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
542           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
543             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
544
545         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
546           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
547             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
548         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
549       }
550     }
551   }
552   return SimplifiedInst;
553 }
554
555 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
556 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
557 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
558 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
559 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
560 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
561   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
562   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
563   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
564
565   // Factorization.
566   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
567   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
568   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
569   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
570
571   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
572   // a common term.
573   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
574     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
575       return V;
576   }
577
578   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
579   // term.
580   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
581                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
582     return V;
583
584   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
585   // term.
586   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
587                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
588     return V;
589
590   // Expansion.
591   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
592     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
593     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
594     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
595     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
596
597     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
598     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
599       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
600         // They do! Return "L op' R".
601         ++NumExpand;
602         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
603         if ((L == A && R == B) ||
604             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
605           return Op0;
606         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
607         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
608           return V;
609         // Otherwise, create a new instruction.
610         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
611         C->takeName(&I);
612         return C;
613       }
614   }
615
616   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
617     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
618     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
619     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
620     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
621
622     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
623     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
624       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
625         // They do! Return "L op' R".
626         ++NumExpand;
627         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
628         if ((L == B && R == C) ||
629             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
630           return Op1;
631         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
632         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
633           return V;
634         // Otherwise, create a new instruction.
635         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
636         A->takeName(&I);
637         return A;
638       }
639   }
640
641   return nullptr;
642 }
643
644 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
645 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
646 //
647 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
648   if (BinaryOperator::isNeg(V))
649     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
650
651   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
652   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
653     return ConstantExpr::getNeg(C);
654
655   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
656     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
657       return ConstantExpr::getNeg(C);
658
659   return nullptr;
660 }
661
662 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
663 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
664 // form).
665 //
666 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
667   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
668     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
669
670   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
671   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
672     return ConstantExpr::getFNeg(C);
673
674   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
675     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
676       return ConstantExpr::getFNeg(C);
677
678   return nullptr;
679 }
680
681 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
682                                              InstCombiner *IC) {
683   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
684     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
685   }
686
687   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
688   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
689   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
690
691   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
692     if (ConstIsRHS)
693       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
694     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
695   }
696
697   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
698   if (!ConstIsRHS)
699     std::swap(Op0, Op1);
700
701   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
702     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
703                                     SO->getName()+".op");
704     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
705     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
706       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
707     return RI;
708   }
709   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
710     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
711                                    SO->getName()+".cmp");
712   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
713     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
714                                    SO->getName()+".cmp");
715   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
716 }
717
718 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
719 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
720 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
721 // not have a second operand.
722 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
723   // Don't modify shared select instructions
724   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
725   Value *TV = SI->getOperand(1);
726   Value *FV = SI->getOperand(2);
727
728   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
729     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
730     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
731
732     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
733     // elements on both sides.
734     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
735       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
736       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
737
738       // Verify that either both or neither are vectors.
739       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
740       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
741       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
742         return nullptr;
743     }
744
745     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
746     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
747
748     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
749                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
750   }
751   return nullptr;
752 }
753
754
755 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
756 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
757 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
758 ///
759 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
760   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
761   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
762   if (NumPHIValues == 0)
763     return nullptr;
764
765   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
766   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
767   // uses into the PHI.
768   if (!PN->hasOneUse()) {
769     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
770     for (User *U : PN->users()) {
771       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
772       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
773         return nullptr;
774     }
775     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
776   }
777
778   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
779   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
780   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
781   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
782   // their computation can be expensive without a cost model.
783   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
784   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
785     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
786     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
787       continue;
788
789     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
790     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
791
792     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
793
794     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
795     // insert a computation after it without breaking the edge.
796     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
797       if (II->getParent() == NonConstBB)
798         return nullptr;
799
800     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
801     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
802     // instcombine.
803     if (NonConstBB == I.getParent())
804       return nullptr;
805   }
806
807   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
808   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
809   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
810   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
811   if (NonConstBB != nullptr) {
812     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
813     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
814   }
815
816   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
817   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
818   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
819   NewPN->takeName(PN);
820
821   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
822   // predecessors terminator.
823   if (NonConstBB)
824     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
825
826   // Next, add all of the operands to the PHI.
827   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
828     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
829     // not the true/false values.
830     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
831     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
832     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
833     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
834       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
835       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
836       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
837       Value *InV = nullptr;
838       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
839       // even if currently isNullValue gives false.
840       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
841       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
842         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
843       else
844         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
845                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
846       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
847     }
848   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
849     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
850     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
851       Value *InV = nullptr;
852       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
853         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
854       else if (isa<ICmpInst>(CI))
855         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
856                                   C, "phitmp");
857       else
858         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
859                                   C, "phitmp");
860       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
861     }
862   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
863     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
864     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
865       Value *InV = nullptr;
866       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
867         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
868       else
869         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
870                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
871       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
872     }
873   } else {
874     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
875     Type *RetTy = CI->getType();
876     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
877       Value *InV;
878       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
879         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
880       else
881         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
882                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
883       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
884     }
885   }
886
887   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
888     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
889     if (User == &I) continue;
890     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
891     EraseInstFromFunction(*User);
892   }
893   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
894 }
895
896 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
897 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
898 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
899 /// return the resultant element type, otherwise return null.
900 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
901                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
902   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
903
904   if (!DL)
905     return nullptr;
906
907   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
908   if (!Ty->isSized())
909     return nullptr;
910
911   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
912   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
913   // is something like [0 x {int, int}]
914   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
915   int64_t FirstIdx = 0;
916   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
917     FirstIdx = Offset/TySize;
918     Offset -= FirstIdx*TySize;
919
920     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
921     if (Offset < 0) {
922       --FirstIdx;
923       Offset += TySize;
924       assert(Offset >= 0);
925     }
926     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
927   }
928
929   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
930
931   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
932   while (Offset) {
933     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
934     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
935       return nullptr;
936
937     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
938       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
939       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
940              "Offset must stay within the indexed type");
941
942       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
943       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
944                                             Elt));
945
946       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
947       Ty = STy->getElementType(Elt);
948     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
949       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
950       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
951       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
952       Offset %= EltSize;
953       Ty = AT->getElementType();
954     } else {
955       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
956       return nullptr;
957     }
958   }
959
960   return Ty;
961 }
962
963 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
964   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
965   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
966   // the indices.
967   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
968       !Src.hasOneUse())
969     return false;
970   return true;
971 }
972
973 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
974 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
975 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
976   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
977   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
978          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
979
980   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
981   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
982     NoSignedWrap = true;
983     return Val;
984   }
985
986   // If Scale is zero then it does not divide Val.
987   if (Scale.isMinValue())
988     return nullptr;
989
990   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
991   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
992   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
993   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
994   // down from Val:
995   //
996   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
997   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
998   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
999   //
1000   // Then to modify a term at the bottom:
1001   //
1002   //     Val = M1 * X
1003   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1004   //
1005   // Then to work back up correcting nsw flags.
1006
1007   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1008   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1009   Value *Op = Val;
1010
1011   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1012   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1013   // 0'th operand of Val.
1014   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1015
1016   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
1017   // levels that doesn't overflow.
1018   bool RequireNoSignedWrap = false;
1019
1020   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
1021   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1022
1023   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1024
1025     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1026       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1027       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1028       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1029       if (!Remainder.isMinValue())
1030         // Not divisible by Scale.
1031         return nullptr;
1032       // Replace with the quotient in the parent.
1033       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1034       NoSignedWrap = true;
1035       break;
1036     }
1037
1038     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1039
1040       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1041         // Multiplication.
1042         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1043         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1044           return nullptr;
1045
1046         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1047         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1048         // multiplication by something else.
1049         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1050         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1051
1052         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1053           // Multiplication by a constant.
1054           if (CI->getValue() == Scale) {
1055             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1056             // by its left-hand side in the parent.
1057             Op = LHS;
1058             break;
1059           }
1060
1061           // Otherwise drill down into the constant.
1062           if (!Op->hasOneUse())
1063             return nullptr;
1064
1065           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1066           continue;
1067         }
1068
1069         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1070         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1071         if (!Op->hasOneUse())
1072           return nullptr;
1073
1074         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1075         continue;
1076       }
1077
1078       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1079           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1080         // Multiplication by a power of 2.
1081         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1082         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1083           return nullptr;
1084
1085         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1086         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1087           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1088         // Op = LHS << Amt.
1089
1090         if (Amt == logScale) {
1091           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1092           // by its left-hand side in the parent.
1093           Op = LHS;
1094           break;
1095         }
1096         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1097           return nullptr;
1098
1099         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1100         // by the scale in the parent.
1101         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1102         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1103         break;
1104       }
1105     }
1106
1107     if (!Op->hasOneUse())
1108       return nullptr;
1109
1110     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1111       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1112         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1113         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1114         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1115         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1116         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1117         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1118         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1119         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1120         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1121           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1122           return nullptr;
1123         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1124         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1125         RequireNoSignedWrap = true;
1126
1127         // Drill down through the cast.
1128         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1129         Scale = SmallScale;
1130         continue;
1131       }
1132
1133       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1134         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1135         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1136         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1137         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1138         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1139         // from this point up in the expression (see later).
1140         if (RequireNoSignedWrap)
1141           return nullptr;
1142
1143         // Drill down through the cast.
1144         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1145         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1146         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1147         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1148           logScale = -1;
1149         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1150         continue;
1151       }
1152     }
1153
1154     // Unsupported expression, bail out.
1155     return nullptr;
1156   }
1157
1158   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1159   if (match(Op, m_Zero())) {
1160     NoSignedWrap = true;
1161     return Op;
1162   }
1163
1164   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1165   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1166   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1167   // not to overflow.
1168
1169   if (!Parent.first)
1170     // The expression only had one term.
1171     return Op;
1172
1173   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1174   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1175   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1176          "Descaling was a no-op?");
1177   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1178   Worklist.Add(Parent.first);
1179
1180   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1181   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1182   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1183   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1184   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1185   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1186   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1187   do {
1188     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1189       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1190       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1191       // from this point on up.
1192       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1193       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1194       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1195         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1196         Worklist.Add(Ancestor);
1197       }
1198     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1199       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1200       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1201       // the absolute values of the truncations.
1202       NoSignedWrap = false;
1203     }
1204     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1205            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1206
1207     if (Ancestor == Val)
1208       // Got to the top, all done!
1209       return Val;
1210
1211     // Move up one level in the expression.
1212     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1213     Ancestor = Ancestor->user_back();
1214   } while (1);
1215 }
1216
1217 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1218 /// specified one but with other operands.
1219 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1220                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1221   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1222   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1223     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1224       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1225       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1226     }
1227     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1228       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1229   }
1230   return BORes;
1231 }
1232
1233 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1234 /// \param Inst Binary operator to transform.
1235 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1236 ///         null pointer if no transformation was made.
1237 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1238   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1239
1240   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1241   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1242   // See PR20059.
1243   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1244
1245   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1246   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1247   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1248   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1249
1250   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1251   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1252   // shuffle after binary operation:
1253   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1254   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1255     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1256     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1257     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1258         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1259         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1260         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1261       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1262           RShuf->getOperand(0), Builder);
1263       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1264           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1265       return Res;
1266     }
1267   }
1268
1269   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1270   // try moving the shuffle after the binary operation.
1271   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1272   Constant *C1 = nullptr;
1273   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1274   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1275   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1276   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1277   if (Shuffle && C1 &&
1278       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1279       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1280       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1281     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1282     // Find constant C2 that has property:
1283     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1284     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1285     // reorder is not possible.
1286     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1287                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1288     bool MayChange = true;
1289     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1290       if (ShMask[I] >= 0) {
1291         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1292         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1293           MayChange = false;
1294           break;
1295         }
1296         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1297       }
1298     }
1299     if (MayChange) {
1300       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1301       Value *NewLHS, *NewRHS;
1302       if (isa<Constant>(LHS)) {
1303         NewLHS = C2;
1304         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1305       } else {
1306         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1307         NewRHS = C2;
1308       }
1309       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1310       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1311           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1312       return Res;
1313     }
1314   }
1315
1316   return nullptr;
1317 }
1318
1319 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1320   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1321
1322   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AT))
1323     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1324
1325   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1326
1327   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1328   // by multiples of a zero size type with zero.
1329   if (DL) {
1330     bool MadeChange = false;
1331     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1332
1333     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1334     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1335          I != E; ++I, ++GTI) {
1336       // Skip indices into struct types.
1337       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1338       if (!SeqTy) continue;
1339
1340       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1341       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1342       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1343           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1344         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1345           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1346           MadeChange = true;
1347         }
1348
1349       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1350       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1351         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1352         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1353         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1354         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1355         MadeChange = true;
1356       }
1357     }
1358     if (MadeChange) return &GEP;
1359   }
1360
1361   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1362   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1363     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1364     if (!Op1)
1365       return nullptr;
1366
1367     signed DI = -1;
1368
1369     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1370       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1371       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1372         return nullptr;
1373
1374       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1375       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1376
1377       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1378         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1379           return nullptr;
1380
1381         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1382           if (DI == -1) {
1383             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1384             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1385             // variable.
1386
1387             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1388             // static for struct slots
1389             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1390               return nullptr;
1391
1392             DI = J;
1393           } else {
1394             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1395             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1396             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1397             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1398             // directly supports and would need to be broken into several
1399             // simpler instructions anyway.
1400             return nullptr;
1401           }
1402         }
1403
1404         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1405         if (J > 0) {
1406           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1407             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1408           } else {
1409             CurTy = nullptr;
1410           }
1411         }
1412       }
1413     }
1414
1415     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1416
1417     if (DI == -1) {
1418       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1419       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1420       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1421                                             NewGEP);
1422     } else {
1423       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1424       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1425       // set that index.
1426       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1427       Builder->SetInsertPoint(PN);
1428       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1429                                           PN->getNumOperands());
1430       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1431
1432       for (auto &I : PN->operands())
1433         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1434                            PN->getIncomingBlock(I));
1435
1436       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1437       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1438                                             NewGEP);
1439       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1440     }
1441
1442     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1443     PtrOp = NewGEP;
1444   }
1445
1446   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1447   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1448   // getelementptr instructions into a single instruction.
1449   //
1450   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1451     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1452       return nullptr;
1453
1454     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1455     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1456     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1457     if (GEPOperator *SrcGEP =
1458           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1459       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1460         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1461
1462     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1463
1464     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1465     bool EndsWithSequential = false;
1466     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1467          I != E; ++I)
1468       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1469
1470     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1471     if (EndsWithSequential) {
1472       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1473       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1474       //
1475       Value *Sum;
1476       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1477       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1478       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1479         Sum = GO1;
1480       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1481         Sum = SO1;
1482       } else {
1483         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1484         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1485         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1486         // normalized.
1487         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1488           return nullptr;
1489         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1490       }
1491
1492       // Update the GEP in place if possible.
1493       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1494         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1495         GEP.setOperand(1, Sum);
1496         return &GEP;
1497       }
1498       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1499       Indices.push_back(Sum);
1500       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1501     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1502                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1503                Src->getNumOperands() != 1) {
1504       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1505       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1506       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1507     }
1508
1509     if (!Indices.empty())
1510       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1511         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1512                                           GEP.getName()) :
1513         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1514   }
1515
1516   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1517     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1518     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1519         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1520       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1521       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1522       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1523
1524       bool Matched = false;
1525       uint64_t C;
1526       Value *V = nullptr;
1527       if (TyAllocSize == 1) {
1528         V = GEP.getOperand(1);
1529         Matched = true;
1530       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1531                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1532         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1533           Matched = true;
1534       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1535                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1536         if (TyAllocSize == C)
1537           Matched = true;
1538       }
1539
1540       if (Matched) {
1541         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1542         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1543         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1544         // pointer arithmetic.
1545         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1546           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1547           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1548           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1549           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1550         }
1551         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1552         // to (bitcast Y)
1553         Value *Y;
1554         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1555                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1556           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1557                                                                GEP.getType());
1558         }
1559       }
1560     }
1561   }
1562
1563   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1564   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1565   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1566
1567   // We do not handle pointer-vector geps here.
1568   if (!StrippedPtrTy)
1569     return nullptr;
1570
1571   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1572     bool HasZeroPointerIndex = false;
1573     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1574       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1575
1576     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1577     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1578     //
1579     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1580     //           into     : GEP i8* X, ...
1581     //
1582     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1583     if (HasZeroPointerIndex) {
1584       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1585       if (ArrayType *CATy =
1586           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1587         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1588         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1589           // -> GEP i8* X, ...
1590           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1591           GetElementPtrInst *Res =
1592             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1593           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1594           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1595             return Res;
1596           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1597           // e.g.,
1598           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1599           // ->
1600           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1601           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1602           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1603         }
1604
1605         if (ArrayType *XATy =
1606               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1607           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1608           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1609             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1610             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1611             // to an array of the same type as the destination pointer
1612             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1613             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1614             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1615               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1616               return &GEP;
1617             }
1618             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1619             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1620             // an addrspacecast.
1621             // e.g.,
1622             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1623             //   i32 0, ...
1624             // ->
1625             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1626             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1627             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1628             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1629               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1630               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1631             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1632           }
1633         }
1634       }
1635     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1636       // Transform things like:
1637       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1638       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1639       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1640       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1641       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1642           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1643           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1644         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1645         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1646         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1647           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1648           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1649
1650         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1651         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1652                                                              GEP.getType());
1653       }
1654
1655       // Transform things like:
1656       // %V = mul i64 %N, 4
1657       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1658       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1659       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1660         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1661         // factor.
1662         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1663         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1664         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1665           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1666           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1667           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1668
1669           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1670           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1671           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1672                  "Index not cast to pointer width?");
1673
1674           bool NSW;
1675           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1676             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1677             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1678             // GEP may not be "inbounds".
1679             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1680               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1681               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1682
1683             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1684             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1685                                                                  GEP.getType());
1686           }
1687         }
1688       }
1689
1690       // Similarly, transform things like:
1691       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1692       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1693       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1694       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1695           SrcElTy->isArrayTy()) {
1696         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1697         // index by a scale factor.
1698         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1699         uint64_t ArrayEltSize
1700           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1701         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1702           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1703           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1704           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1705
1706           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1707           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1708           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1709                  "Index not cast to pointer width?");
1710
1711           bool NSW;
1712           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1713             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1714             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1715             // GEP may not be "inbounds".
1716             Value *Off[2] = {
1717               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1718               NewIdx
1719             };
1720
1721             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1722               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1723               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1724             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1725             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1726                                                                  GEP.getType());
1727           }
1728         }
1729       }
1730     }
1731   }
1732
1733   if (!DL)
1734     return nullptr;
1735
1736   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1737   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1738   // through the addrspacecast.
1739   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1740     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1741     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1742     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1743     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1744     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1745       PtrOp = BC;
1746   }
1747
1748   /// See if we can simplify:
1749   ///   X = bitcast A* to B*
1750   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1751   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1752   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1753   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1754     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1755     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1756     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1757     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1758     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1759         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1760
1761       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1762       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1763       if (!Offset) {
1764         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1765         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1766         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1767           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1768           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1769             if (I != BCI) {
1770               I->takeName(BCI);
1771               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1772               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1773             }
1774             return &GEP;
1775           }
1776         }
1777
1778         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1779           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1780         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1781       }
1782
1783       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1784       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1785       // GEP.
1786       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1787       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1788         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1789           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1790           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1791
1792         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1793           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1794         NGEP->takeName(&GEP);
1795
1796         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1797           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1798         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1799       }
1800     }
1801   }
1802
1803   return nullptr;
1804 }
1805
1806 static bool
1807 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1808                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1809   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1810   Worklist.push_back(AI);
1811
1812   do {
1813     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1814     for (User *U : PI->users()) {
1815       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1816       switch (I->getOpcode()) {
1817       default:
1818         // Give up the moment we see something we can't handle.
1819         return false;
1820
1821       case Instruction::BitCast:
1822       case Instruction::GetElementPtr:
1823         Users.push_back(I);
1824         Worklist.push_back(I);
1825         continue;
1826
1827       case Instruction::ICmp: {
1828         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1829         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1830         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1831           return false;
1832         Users.push_back(I);
1833         continue;
1834       }
1835
1836       case Instruction::Call:
1837         // Ignore no-op and store intrinsics.
1838         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1839           switch (II->getIntrinsicID()) {
1840           default:
1841             return false;
1842
1843           case Intrinsic::memmove:
1844           case Intrinsic::memcpy:
1845           case Intrinsic::memset: {
1846             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1847             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1848               return false;
1849           }
1850           // fall through
1851           case Intrinsic::dbg_declare:
1852           case Intrinsic::dbg_value:
1853           case Intrinsic::invariant_start:
1854           case Intrinsic::invariant_end:
1855           case Intrinsic::lifetime_start:
1856           case Intrinsic::lifetime_end:
1857           case Intrinsic::objectsize:
1858             Users.push_back(I);
1859             continue;
1860           }
1861         }
1862
1863         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1864           Users.push_back(I);
1865           continue;
1866         }
1867         return false;
1868
1869       case Instruction::Store: {
1870         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1871         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1872           return false;
1873         Users.push_back(I);
1874         continue;
1875       }
1876       }
1877       llvm_unreachable("missing a return?");
1878     }
1879   } while (!Worklist.empty());
1880   return true;
1881 }
1882
1883 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1884   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1885   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1886   // true or false as appropriate.
1887   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1888   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1889     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1890       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1891       if (!I) continue;
1892
1893       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1894         ReplaceInstUsesWith(*C,
1895                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1896                                              C->isFalseWhenEqual()));
1897       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1898         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1899       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1900         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1901           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1902           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1903           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1904         }
1905       }
1906       EraseInstFromFunction(*I);
1907     }
1908
1909     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1910       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1911       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1912       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1913       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1914                          None, "", II->getParent());
1915     }
1916     return EraseInstFromFunction(MI);
1917   }
1918   return nullptr;
1919 }
1920
1921 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1922 ///
1923 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1924 /// against NULL (property 0).
1925 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1926 ///
1927 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1928 /// will be removed, i.e.:
1929 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1930 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1931 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1932 ///
1933 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1934 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1935 /// profitable (e.g., for code size).
1936 static Instruction *
1937 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1938   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1939   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1940   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1941
1942   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1943   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1944   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1945   //        not be profitable even for code size.
1946   if (!PredBB)
1947     return nullptr;
1948
1949   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1950   //                         free and an unconditional branch?
1951   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1952   //        predecessor block
1953   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1954     return nullptr;
1955   BasicBlock *SuccBB;
1956   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1957     return nullptr;
1958
1959   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1960   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1961   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1962   ICmpInst::Predicate Pred;
1963   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1964     return nullptr;
1965   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1966     return nullptr;
1967
1968   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1969   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1970     return nullptr;
1971   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1972          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1973
1974   FI.moveBefore(TI);
1975   return &FI;
1976 }
1977
1978
1979 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1980   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1981
1982   // free undef -> unreachable.
1983   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1984     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1985     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1986                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1987     return EraseInstFromFunction(FI);
1988   }
1989
1990   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1991   // when lots of inlining happens.
1992   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1993     return EraseInstFromFunction(FI);
1994
1995   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1996   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1997   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1998   // if (foo) free(foo);
1999   // into
2000   // free(foo);
2001   if (MinimizeSize)
2002     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2003       return I;
2004
2005   return nullptr;
2006 }
2007
2008 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2009   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2010     return nullptr;
2011
2012   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2013   Type *VTy = ResultOp->getType();
2014   if (!VTy->isIntegerTy())
2015     return nullptr;
2016
2017   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2018   // determine the value. If so, constant fold it.
2019   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
2020   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2021   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
2022   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
2023     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
2024
2025   return nullptr;
2026 }
2027
2028 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2029   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2030   Value *X = nullptr;
2031   BasicBlock *TrueDest;
2032   BasicBlock *FalseDest;
2033   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2034       !isa<Constant>(X)) {
2035     // Swap Destinations and condition...
2036     BI.setCondition(X);
2037     BI.swapSuccessors();
2038     return &BI;
2039   }
2040
2041   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2042   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2043   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2044                              TrueDest, FalseDest)) &&
2045       BI.getCondition()->hasOneUse())
2046     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2047         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2048       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2049       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2050
2051       // Swap Destinations and condition.
2052       BI.swapSuccessors();
2053       Worklist.Add(Cond);
2054       return &BI;
2055     }
2056
2057   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2058   ICmpInst::Predicate IPred;
2059   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2060                       TrueDest, FalseDest)) &&
2061       BI.getCondition()->hasOneUse())
2062     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2063         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2064         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2065       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2066       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2067       // Swap Destinations and condition.
2068       BI.swapSuccessors();
2069       Worklist.Add(Cond);
2070       return &BI;
2071     }
2072
2073   return nullptr;
2074 }
2075
2076 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2077   Value *Cond = SI.getCondition();
2078   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2079     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2080       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2081         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2082         // Skip the first item since that's the default case.
2083         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2084              i != e; ++i) {
2085           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2086           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2087                                                       AddRHS);
2088           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2089                  "Result of expression should be constant");
2090           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2091         }
2092         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2093         Worklist.Add(I);
2094         return &SI;
2095       }
2096   }
2097   return nullptr;
2098 }
2099
2100 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2101   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2102
2103   if (!EV.hasIndices())
2104     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2105
2106   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2107     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2108       if (EV.getNumIndices() == 0)
2109         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2110       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2111       // first index
2112       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2113     }
2114     return nullptr; // Can't handle other constants
2115   }
2116
2117   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2118     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2119     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2120     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2121          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2122          exti != exte && insi != inse;
2123          ++exti, ++insi) {
2124       if (*insi != *exti)
2125         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2126         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2127         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2128         // operand of the insert. i.e., replace
2129         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2130         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2131         // with
2132         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2133         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2134                                         EV.getIndices());
2135     }
2136     if (exti == exte && insi == inse)
2137       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2138       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2139       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2140       // with "i32 42"
2141       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2142     if (exti == exte) {
2143       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2144       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2145       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2146       // with
2147       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2148       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2149       // by switching the order of the insert and extract (though the
2150       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2151       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2152                                                  EV.getIndices());
2153       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2154                                      makeArrayRef(insi, inse));
2155     }
2156     if (insi == inse)
2157       // The insert list is a prefix of the extract list
2158       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2159       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2160       // i.e., replace
2161       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2162       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2163       // with
2164       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2165       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2166                                       makeArrayRef(exti, exte));
2167   }
2168   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2169     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2170     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2171     // just get one value.
2172     if (II->hasOneUse()) {
2173       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2174       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2175       // and replace it with a traditional binary instruction.
2176       switch (II->getIntrinsicID()) {
2177       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2178       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2179         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2180           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2181           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2182           EraseInstFromFunction(*II);
2183           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2184         }
2185
2186         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2187         // we can transform this into a range comparison.
2188         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2189         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2190           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2191             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2192                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2193         break;
2194       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2195       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2196         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2197           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2198           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2199           EraseInstFromFunction(*II);
2200           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2201         }
2202         break;
2203       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2204       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2205         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2206           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2207           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2208           EraseInstFromFunction(*II);
2209           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2210         }
2211         break;
2212       default:
2213         break;
2214       }
2215     }
2216   }
2217   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2218     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2219     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2220     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2221     //        could be done regardless of having multiple uses.
2222     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2223       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2224       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2225       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2226       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2227       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2228             I != E; ++I)
2229         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2230
2231       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2232       // the extractvalue.
2233       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2234       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2235       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2236       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2237       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2238     }
2239   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2240   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2241   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2242   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2243   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2244   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2245   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2246   // aren't handled yet.
2247   return nullptr;
2248 }
2249
2250 enum Personality_Type {
2251   Unknown_Personality,
2252   GNU_Ada_Personality,
2253   GNU_CXX_Personality,
2254   GNU_ObjC_Personality
2255 };
2256
2257 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2258 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2259 /// otherwise return Unknown_Personality.
2260 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2261   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2262   if (!F)
2263     return Unknown_Personality;
2264   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2265     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2266     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2267     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2268     .Default(Unknown_Personality);
2269 }
2270
2271 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2272 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2273   switch (Personality) {
2274   case Unknown_Personality:
2275     return false;
2276   case GNU_Ada_Personality:
2277     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2278     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2279     return false;
2280   case GNU_CXX_Personality:
2281   case GNU_ObjC_Personality:
2282     return TypeInfo->isNullValue();
2283   }
2284   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2285 }
2286
2287 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2288   return
2289     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2290   <
2291     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2292 }
2293
2294 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2295   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2296   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2297   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2298   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2299
2300   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2301   // (these are often created by inlining).
2302   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2303   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2304   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2305
2306   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2307   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2308     bool isLastClause = i + 1 == e;
2309     if (LI.isCatch(i)) {
2310       // A catch clause.
2311       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2312       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2313
2314       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2315       // copy of it.
2316       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2317         // This catch clause was not already seen.
2318         NewClauses.push_back(CatchClause);
2319       } else {
2320         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2321         MakeNewInstruction = true;
2322       }
2323
2324       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2325       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2326       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2327         if (!isLastClause)
2328           MakeNewInstruction = true;
2329         CleanupFlag = false;
2330         break;
2331       }
2332     } else {
2333       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2334       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2335       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2336       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2337       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2338       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2339       // class derived from it).
2340       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2341       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2342       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2343       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2344
2345       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2346       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2347       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2348       if (!NumTypeInfos) {
2349         NewClauses.push_back(FilterClause);
2350         if (!isLastClause)
2351           MakeNewInstruction = true;
2352         CleanupFlag = false;
2353         break;
2354       }
2355
2356       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2357       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2358       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2359         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2360         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2361         Constant *TypeInfo =
2362           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2363         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2364         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2365           // Throw the filter away.
2366           MakeNewInstruction = true;
2367           continue;
2368         }
2369
2370         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2371         // discard all but the first copy if there is more than one.
2372         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2373         if (NumTypeInfos > 1)
2374           MakeNewFilter = true;
2375       } else {
2376         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2377         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2378         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2379
2380         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2381         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2382         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2383         bool SawCatchAll = false;
2384         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2385           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2386           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2387           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2388             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2389             SawCatchAll = true;
2390             break;
2391           }
2392           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2393             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2394             // is pointless.
2395             continue;
2396           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2397           // a filter, so only add it if we didn't already.
2398           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2399             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2400         }
2401         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2402         if (SawCatchAll) {
2403           // Throw the filter away.
2404           MakeNewInstruction = true;
2405           continue;
2406         }
2407
2408         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2409         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2410           MakeNewFilter = true;
2411       }
2412       if (MakeNewFilter) {
2413         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2414                                     NewFilterElts.size());
2415         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2416         MakeNewInstruction = true;
2417       }
2418
2419       NewClauses.push_back(FilterClause);
2420
2421       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2422       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2423       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2424       // already handled above.
2425       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2426         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2427         CleanupFlag = false;
2428         break;
2429       }
2430     }
2431   }
2432
2433   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2434   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2435   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2436   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2437   // filter optimizations below.
2438   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2439     unsigned j;
2440     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2441     for (j = i; j != e; ++j)
2442       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2443         break;
2444
2445     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2446     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2447     // new landingpad instruction if it does.
2448     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2449       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2450         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2451         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2452         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2453                          shorter_filter);
2454         MakeNewInstruction = true;
2455         break;
2456       }
2457
2458     // Look for the next batch of filters.
2459     i = j + 1;
2460   }
2461
2462   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2463   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2464   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2465   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2466   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2467   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2468   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2469   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2470   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2471   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2472   // specifications.
2473   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2474     // Examine each filter in turn.
2475     Value *Filter = NewClauses[i];
2476     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2477     if (!FTy)
2478       // Not a filter - skip it.
2479       continue;
2480     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2481     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2482     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2483     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2484       Value *LFilter = NewClauses[j];
2485       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2486       if (!LTy)
2487         // Not a filter - skip it.
2488         continue;
2489       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2490       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2491       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2492       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2493       if (!FElts) {
2494         // Discard LFilter.
2495         NewClauses.erase(J);
2496         MakeNewInstruction = true;
2497         // Move on to the next filter.
2498         continue;
2499       }
2500       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2501       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2502       if (FElts > LElts)
2503         // Move on to the next filter.
2504         continue;
2505       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2506       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2507         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2508         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2509         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2510           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2511           // Discard LFilter.
2512           NewClauses.erase(J);
2513           MakeNewInstruction = true;
2514         }
2515         // Move on to the next filter.
2516         continue;
2517       }
2518       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2519       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2520         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2521         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2522         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2523         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2524           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2525             // LFilter contains a zero - discard it.
2526             NewClauses.erase(J);
2527             MakeNewInstruction = true;
2528             break;
2529           }
2530         // Move on to the next filter.
2531         continue;
2532       }
2533       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2534       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2535       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2536       // using a method that scales nicely.
2537       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2538       bool AllFound = true;
2539       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2540         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2541         AllFound = false;
2542         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2543           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2544           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2545             AllFound = true;
2546             break;
2547           }
2548         }
2549         if (!AllFound)
2550           break;
2551       }
2552       if (AllFound) {
2553         // Discard LFilter.
2554         NewClauses.erase(J);
2555         MakeNewInstruction = true;
2556       }
2557       // Move on to the next filter.
2558     }
2559   }
2560
2561   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2562   // with a new one.
2563   if (MakeNewInstruction) {
2564     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2565                                                  LI.getPersonalityFn(),
2566                                                  NewClauses.size());
2567     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2568       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2569     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2570     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2571     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2572     if (NewClauses.empty())
2573       CleanupFlag = true;
2574     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2575     return NLI;
2576   }
2577
2578   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2579   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2580   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2581     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2582     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2583     return &LI;
2584   }
2585
2586   return nullptr;
2587 }
2588
2589
2590
2591
2592 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2593 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2594 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2595 /// end of its block.
2596 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2597   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2598
2599   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2600   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2601       isa<TerminatorInst>(I))
2602     return false;
2603
2604   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2605   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2606         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2607     return false;
2608
2609   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2610   // the end of block that could change the value.
2611   if (I->mayReadFromMemory()) {
2612     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2613          Scan != E; ++Scan)
2614       if (Scan->mayWriteToMemory())
2615         return false;
2616   }
2617
2618   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2619   I->moveBefore(InsertPos);
2620   ++NumSunkInst;
2621   return true;
2622 }
2623
2624
2625 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2626 /// all reachable code to the worklist.
2627 ///
2628 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2629 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2630 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2631 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2632 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2633 ///
2634 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2635                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2636                                        InstCombiner &IC,
2637                                        const DataLayout *DL,
2638                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2639   bool MadeIRChange = false;
2640   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2641   Worklist.push_back(BB);
2642
2643   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2644   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2645
2646   do {
2647     BB = Worklist.pop_back_val();
2648
2649     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2650     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2651
2652     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2653       Instruction *Inst = BBI++;
2654
2655       // DCE instruction if trivially dead.
2656       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2657         ++NumDeadInst;
2658         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2659         Inst->eraseFromParent();
2660         continue;
2661       }
2662
2663       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2664       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2665         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2666           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2667                        << *Inst << '\n');
2668           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2669           ++NumConstProp;
2670           Inst->eraseFromParent();
2671           continue;
2672         }
2673
2674       if (DL) {
2675         // See if we can constant fold its operands.
2676         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2677              i != e; ++i) {
2678           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2679           if (CE == nullptr) continue;
2680
2681           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2682           if (!FoldRes)
2683             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2684           if (!FoldRes)
2685             FoldRes = CE;
2686
2687           if (FoldRes != CE) {
2688             *i = FoldRes;
2689             MadeIRChange = true;
2690           }
2691         }
2692       }
2693
2694       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2695     }
2696
2697     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2698     // constant, only visit the reachable successor.
2699     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2700     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2701       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2702         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2703         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2704         Worklist.push_back(ReachableBB);
2705         continue;
2706       }
2707     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2708       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2709         // See if this is an explicit destination.
2710         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2711              i != e; ++i)
2712           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2713             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2714             Worklist.push_back(ReachableBB);
2715             continue;
2716           }
2717
2718         // Otherwise it is the default destination.
2719         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2720         continue;
2721       }
2722     }
2723
2724     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2725       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2726   } while (!Worklist.empty());
2727
2728   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2729   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2730   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2731   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2732   // some N^2 behavior in pathological cases.
2733   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2734                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2735
2736   return MadeIRChange;
2737 }
2738
2739 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2740   MadeIRChange = false;
2741
2742   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2743                << F.getName() << "\n");
2744
2745   {
2746     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2747     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2748     // track of which blocks we visit.
2749     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2750     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2751                                                TLI);
2752
2753     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2754     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2755     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2756     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2757       if (Visited.count(BB)) continue;
2758
2759       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2760       // having to update as many def-use and use-def chains.
2761       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2762       while (EndInst != BB->begin()) {
2763         // Delete the next to last instruction.
2764         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2765         Instruction *Inst = --I;
2766         if (!Inst->use_empty())
2767           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2768         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2769           EndInst = Inst;
2770           continue;
2771         }
2772         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2773           ++NumDeadInst;
2774           MadeIRChange = true;
2775         }
2776         Inst->eraseFromParent();
2777       }
2778     }
2779   }
2780
2781   while (!Worklist.isEmpty()) {
2782     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2783     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2784
2785     // Check to see if we can DCE the instruction.
2786     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2787       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2788       EraseInstFromFunction(*I);
2789       ++NumDeadInst;
2790       MadeIRChange = true;
2791       continue;
2792     }
2793
2794     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2795     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2796       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2797         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2798
2799         // Add operands to the worklist.
2800         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2801         ++NumConstProp;
2802         EraseInstFromFunction(*I);
2803         MadeIRChange = true;
2804         continue;
2805       }
2806
2807     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2808     if (I->hasOneUse()) {
2809       BasicBlock *BB = I->getParent();
2810       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2811       BasicBlock *UserParent;
2812
2813       // Get the block the use occurs in.
2814       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2815         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2816       else
2817         UserParent = UserInst->getParent();
2818
2819       if (UserParent != BB) {
2820         bool UserIsSuccessor = false;
2821         // See if the user is one of our successors.
2822         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2823           if (*SI == UserParent) {
2824             UserIsSuccessor = true;
2825             break;
2826           }
2827
2828         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2829         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2830         // otherwise), we can keep going.
2831         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2832           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2833           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2834             MadeIRChange = true;
2835             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2836             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2837             // worklist
2838             for (Use &U : I->operands())
2839               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2840                 Worklist.Add(OpI);
2841           }
2842         }
2843       }
2844     }
2845
2846     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2847     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2848     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2849
2850 #ifndef NDEBUG
2851     std::string OrigI;
2852 #endif
2853     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2854     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2855
2856     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2857       ++NumCombined;
2858       // Should we replace the old instruction with a new one?
2859       if (Result != I) {
2860         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2861                      << "    New = " << *Result << '\n');
2862
2863         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2864           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2865         // Everything uses the new instruction now.
2866         I->replaceAllUsesWith(Result);
2867
2868         // Move the name to the new instruction first.
2869         Result->takeName(I);
2870
2871         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2872         Worklist.Add(Result);
2873         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2874
2875         // Insert the new instruction into the basic block...
2876         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2877         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2878
2879         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2880         // insertion point.
2881         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2882           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2883
2884         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2885
2886         EraseInstFromFunction(*I);
2887       } else {
2888 #ifndef NDEBUG
2889         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2890                      << "    New = " << *I << '\n');
2891 #endif
2892
2893         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2894         // if so, remove it.
2895         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2896           EraseInstFromFunction(*I);
2897         } else {
2898           Worklist.Add(I);
2899           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2900         }
2901       }
2902       MadeIRChange = true;
2903     }
2904   }
2905
2906   Worklist.Zap();
2907   return MadeIRChange;
2908 }
2909
2910 namespace {
2911 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2912   InstCombiner *IC;
2913 public:
2914   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2915                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2916                                 InstCombiner *IC)
2917     : LibCallSimplifier(DL, TLI, EnableUnsafeFPShrink) {
2918     this->IC = IC;
2919   }
2920
2921   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2922   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2923   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2924     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2925   }
2926 };
2927 }
2928
2929 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2930   if (skipOptnoneFunction(F))
2931     return false;
2932
2933   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
2934   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2935   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2936   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2937
2938   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
2939       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
2940   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
2941
2942   // Minimizing size?
2943   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2944                                                 Attribute::MinSize);
2945
2946   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2947   /// instructions into the worklist when they are created.
2948   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2949     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2950                InstCombineIRInserter(Worklist, AT));
2951   Builder = &TheBuilder;
2952
2953   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2954   Simplifier = &TheSimplifier;
2955
2956   bool EverMadeChange = false;
2957
2958   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2959   // by instcombiner.
2960   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2961
2962   // Iterate while there is work to do.
2963   unsigned Iteration = 0;
2964   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2965     EverMadeChange = true;
2966
2967   Builder = nullptr;
2968   return EverMadeChange;
2969 }
2970
2971 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2972   return new InstCombiner();
2973 }