[PM] Separate the TargetLibraryInfo object from the immutable pass.
[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/AssumptionCache.h"
43 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
44 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
45 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
46 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
47 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
48 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
49 #include "llvm/IR/CFG.h"
50 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
53 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
54 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
55 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
56 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
57 #include "llvm/Support/Debug.h"
58 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
60 #include <algorithm>
61 #include <climits>
62 using namespace llvm;
63 using namespace llvm::PatternMatch;
64
65 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
66
67 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
68 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
69 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
70 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
71 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
72 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
73 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
74
75 // Initialization Routines
76 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
77   initializeInstCombinerPass(Registry);
78 }
79
80 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
81   initializeInstCombine(*unwrap(R));
82 }
83
84 char InstCombiner::ID = 0;
85 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
86                 "Combine redundant instructions", false, false)
87 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
88 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
89 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
90 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
91                 "Combine redundant instructions", false, false)
92
93 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
94   AU.setPreservesCFG();
95   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
96   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
97   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
98   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
99 }
100
101
102 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
103   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
104 }
105
106 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
107 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
108 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
109 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
110   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
111
112   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
113   if (!DL) return false;
114
115   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
116   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
117   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
118   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
119
120   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
121   // type, don't do the transformation.
122   if (FromLegal && !ToLegal)
123     return false;
124
125   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
126   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
127   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
128     return false;
129
130   return true;
131 }
132
133 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
134 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
135 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
136 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
137 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
138 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
139   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
140   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
141     return false;
142   }
143
144   // We reason about Add and Sub Only.
145   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
146   if (Opcode != Instruction::Add &&
147       Opcode != Instruction::Sub) {
148     return false;
149   }
150
151   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
152   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
153
154   if (!CB || !CC) {
155     return false;
156   }
157
158   const APInt &BVal = CB->getValue();
159   const APInt &CVal = CC->getValue();
160   bool Overflow = false;
161
162   if (Opcode == Instruction::Add) {
163     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
164   } else {
165     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
166   }
167
168   return !Overflow;
169 }
170
171 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
172 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
173 /// preserved.
174 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
175   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
176   if (!FPMO) {
177     I.clearSubclassOptionalData();
178     return;
179   }
180
181   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
182   I.clearSubclassOptionalData();
183   I.setFastMathFlags(FMF);
184 }
185
186 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
187 /// operators which are associative or commutative:
188 //
189 //  Commutative operators:
190 //
191 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
192 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
193 //     binary operators.
194 //
195 //  Associative operators:
196 //
197 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
198 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
199 //
200 //  Associative and commutative operators:
201 //
202 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
203 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
204 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
205 //     if C1 and C2 are constants.
206 //
207 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
208   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
209   bool Changed = false;
210
211   do {
212     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
213     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
214     // binary operators.
215     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
216         getComplexity(I.getOperand(1)))
217       Changed = !I.swapOperands();
218
219     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
220     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
221
222     if (I.isAssociative()) {
223       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
224       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
225         Value *A = Op0->getOperand(0);
226         Value *B = Op0->getOperand(1);
227         Value *C = I.getOperand(1);
228
229         // Does "B op C" simplify?
230         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
231           // It simplifies to V.  Form "A op V".
232           I.setOperand(0, A);
233           I.setOperand(1, V);
234           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
235           // preserved by the reassociation.
236           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
237               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
238             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
239             // the operands to Op0.
240             I.clearSubclassOptionalData();
241             I.setHasNoSignedWrap(true);
242           } else {
243             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
244           }
245
246           Changed = true;
247           ++NumReassoc;
248           continue;
249         }
250       }
251
252       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
253       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
254         Value *A = I.getOperand(0);
255         Value *B = Op1->getOperand(0);
256         Value *C = Op1->getOperand(1);
257
258         // Does "A op B" simplify?
259         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
260           // It simplifies to V.  Form "V op C".
261           I.setOperand(0, V);
262           I.setOperand(1, C);
263           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
264           // preserved by the reassociation.
265           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
266           Changed = true;
267           ++NumReassoc;
268           continue;
269         }
270       }
271     }
272
273     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
274       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
275       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
276         Value *A = Op0->getOperand(0);
277         Value *B = Op0->getOperand(1);
278         Value *C = I.getOperand(1);
279
280         // Does "C op A" simplify?
281         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
282           // It simplifies to V.  Form "V op B".
283           I.setOperand(0, V);
284           I.setOperand(1, B);
285           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
286           // preserved by the reassociation.
287           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
288           Changed = true;
289           ++NumReassoc;
290           continue;
291         }
292       }
293
294       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
295       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
296         Value *A = I.getOperand(0);
297         Value *B = Op1->getOperand(0);
298         Value *C = Op1->getOperand(1);
299
300         // Does "C op A" simplify?
301         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
302           // It simplifies to V.  Form "B op V".
303           I.setOperand(0, B);
304           I.setOperand(1, V);
305           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
306           // preserved by the reassociation.
307           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
308           Changed = true;
309           ++NumReassoc;
310           continue;
311         }
312       }
313
314       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
315       // if C1 and C2 are constants.
316       if (Op0 && Op1 &&
317           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
318           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
319           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
320           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
321         Value *A = Op0->getOperand(0);
322         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
323         Value *B = Op1->getOperand(0);
324         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
325
326         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
327         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
328         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
329           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
330           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
331           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
332           New->setFastMathFlags(Flags);
333         }
334         InsertNewInstWith(New, I);
335         New->takeName(Op1);
336         I.setOperand(0, New);
337         I.setOperand(1, Folded);
338         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
339         // preserved by the reassociation.
340         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
341
342         Changed = true;
343         continue;
344       }
345     }
346
347     // No further simplifications.
348     return Changed;
349   } while (1);
350 }
351
352 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
353 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
354 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
355                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
356   switch (LOp) {
357   default:
358     return false;
359
360   case Instruction::And:
361     // And distributes over Or and Xor.
362     switch (ROp) {
363     default:
364       return false;
365     case Instruction::Or:
366     case Instruction::Xor:
367       return true;
368     }
369
370   case Instruction::Mul:
371     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
372     switch (ROp) {
373     default:
374       return false;
375     case Instruction::Add:
376     case Instruction::Sub:
377       return true;
378     }
379
380   case Instruction::Or:
381     // Or distributes over And.
382     switch (ROp) {
383     default:
384       return false;
385     case Instruction::And:
386       return true;
387     }
388   }
389 }
390
391 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
392 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
393 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
394                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
395   if (Instruction::isCommutative(ROp))
396     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
397
398   switch (LOp) {
399   default:
400     return false;
401   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
402   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
403   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
404   case Instruction::And:
405   case Instruction::Or:
406   case Instruction::Xor:
407     switch (ROp) {
408     default:
409       return false;
410     case Instruction::Shl:
411     case Instruction::LShr:
412     case Instruction::AShr:
413       return true;
414     }
415   }
416   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
417   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
418   // such subtleties.
419   return false;
420 }
421
422 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
423 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
424 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
425   if (isa<Constant>(V))
426     return nullptr;
427
428   if (OpCode == Instruction::Mul)
429     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
430
431   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
432
433   return nullptr;
434 }
435
436 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
437 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
438 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
439 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
440 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
441 /// RHS to 4.
442 static Instruction::BinaryOps
443 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
444                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
445   if (!Op)
446     return Instruction::BinaryOpsEnd;
447
448   LHS = Op->getOperand(0);
449   RHS = Op->getOperand(1);
450
451   switch (TopLevelOpcode) {
452   default:
453     return Op->getOpcode();
454
455   case Instruction::Add:
456   case Instruction::Sub:
457     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
458       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
459         // The multiplier is really 1 << CST.
460         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
461         return Instruction::Mul;
462       }
463     }
464     return Op->getOpcode();
465   }
466
467   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
468 }
469
470 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
471 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
472 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
473                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
474                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
475                                Value *B, Value *C, Value *D) {
476
477   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
478   // Checking A and C should be enough.
479   if (!A || !C || !B || !D)
480     return nullptr;
481
482   Value *SimplifiedInst = nullptr;
483   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
484   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
485
486   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
487   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
488
489   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
490   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
491     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
492     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
493     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
494       if (A != C)
495         std::swap(C, D);
496       // Consider forming "A op' (B op D)".
497       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
498       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
499       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
500       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
501       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
502         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
503       if (V) {
504         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
505       }
506     }
507
508   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
509   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
510     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
511     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
512     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
513       if (B != D)
514         std::swap(C, D);
515       // Consider forming "(A op C) op' B".
516       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
517       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
518
519       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
520       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
521       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
522         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
523       if (V) {
524         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
525       }
526     }
527
528   if (SimplifiedInst) {
529     ++NumFactor;
530     SimplifiedInst->takeName(&I);
531
532     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
533     // TODO: Check for NUW.
534     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
535       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
536         bool HasNSW = false;
537         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
538           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
539
540         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
541           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
542             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
543
544         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
545           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
546             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
547         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
548       }
549     }
550   }
551   return SimplifiedInst;
552 }
553
554 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
555 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
556 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
557 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
558 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
559 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
560   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
561   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
562   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
563
564   // Factorization.
565   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
566   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
567   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
568   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
569
570   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
571   // a common term.
572   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
573     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
574       return V;
575   }
576
577   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
578   // term.
579   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
580                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
581     return V;
582
583   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
584   // term.
585   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
586                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
587     return V;
588
589   // Expansion.
590   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
591     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
592     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
593     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
594     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
595
596     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
597     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
598       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
599         // They do! Return "L op' R".
600         ++NumExpand;
601         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
602         if ((L == A && R == B) ||
603             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
604           return Op0;
605         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
606         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
607           return V;
608         // Otherwise, create a new instruction.
609         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
610         C->takeName(&I);
611         return C;
612       }
613   }
614
615   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
616     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
617     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
618     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
619     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
620
621     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
622     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
623       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
624         // They do! Return "L op' R".
625         ++NumExpand;
626         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
627         if ((L == B && R == C) ||
628             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
629           return Op1;
630         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
631         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
632           return V;
633         // Otherwise, create a new instruction.
634         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
635         A->takeName(&I);
636         return A;
637       }
638   }
639
640   return nullptr;
641 }
642
643 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
644 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
645 //
646 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
647   if (BinaryOperator::isNeg(V))
648     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
649
650   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
651   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
652     return ConstantExpr::getNeg(C);
653
654   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
655     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
656       return ConstantExpr::getNeg(C);
657
658   return nullptr;
659 }
660
661 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
662 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
663 // form).
664 //
665 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
666   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
667     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
668
669   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
670   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
671     return ConstantExpr::getFNeg(C);
672
673   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
674     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
675       return ConstantExpr::getFNeg(C);
676
677   return nullptr;
678 }
679
680 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
681                                              InstCombiner *IC) {
682   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
683     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
684   }
685
686   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
687   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
688   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
689
690   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
691     if (ConstIsRHS)
692       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
693     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
694   }
695
696   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
697   if (!ConstIsRHS)
698     std::swap(Op0, Op1);
699
700   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
701     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
702                                     SO->getName()+".op");
703     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
704     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
705       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
706     return RI;
707   }
708   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
709     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
710                                    SO->getName()+".cmp");
711   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
712     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
713                                    SO->getName()+".cmp");
714   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
715 }
716
717 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
718 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
719 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
720 // not have a second operand.
721 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
722   // Don't modify shared select instructions
723   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
724   Value *TV = SI->getOperand(1);
725   Value *FV = SI->getOperand(2);
726
727   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
728     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
729     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
730
731     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
732     // elements on both sides.
733     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
734       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
735       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
736
737       // Verify that either both or neither are vectors.
738       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
739       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
740       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
741         return nullptr;
742     }
743
744     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
745     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
746
747     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
748                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
749   }
750   return nullptr;
751 }
752
753
754 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
755 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
756 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
757 ///
758 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
759   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
760   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
761   if (NumPHIValues == 0)
762     return nullptr;
763
764   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
765   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
766   // uses into the PHI.
767   if (!PN->hasOneUse()) {
768     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
769     for (User *U : PN->users()) {
770       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
771       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
772         return nullptr;
773     }
774     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
775   }
776
777   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
778   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
779   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
780   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
781   // their computation can be expensive without a cost model.
782   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
783   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
784     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
785     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
786       continue;
787
788     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
789     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
790
791     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
792
793     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
794     // insert a computation after it without breaking the edge.
795     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
796       if (II->getParent() == NonConstBB)
797         return nullptr;
798
799     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
800     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
801     // instcombine.
802     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, DT,
803                                getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>()))
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 on 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, AC))
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   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2079   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2080   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2081   unsigned LeadingKnownZeros = KnownZero.countLeadingOnes();
2082   unsigned LeadingKnownOnes = KnownOne.countLeadingOnes();
2083
2084   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2085   for (auto &C : SI.cases()) {
2086     LeadingKnownZeros = std::min(
2087         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2088     LeadingKnownOnes = std::min(
2089         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2090   }
2091
2092   unsigned NewWidth = BitWidth - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2093
2094   // Truncate the condition operand if the new type is equal to or larger than
2095   // the largest legal integer type. We need to be conservative here since
2096   // x86 generates redundant zero-extenstion instructions if the operand is
2097   // truncated to i8 or i16.
2098   bool TruncCond = false;
2099   if (DL && BitWidth > NewWidth &&
2100       NewWidth >= DL->getLargestLegalIntTypeSize()) {
2101     TruncCond = true;
2102     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2103     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2104     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(SI.getCondition(), Ty, "trunc");
2105     SI.setCondition(NewCond);
2106
2107     for (auto &C : SI.cases())
2108       static_cast<SwitchInst::CaseIt *>(&C)->setValue(ConstantInt::get(
2109           SI.getContext(), C.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth)));
2110   }
2111
2112   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2113     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2114       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2115         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2116         // Skip the first item since that's the default case.
2117         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2118              i != e; ++i) {
2119           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2120           Constant *LHS = CaseVal;
2121           if (TruncCond)
2122             LHS = LeadingKnownZeros
2123                       ? ConstantExpr::getZExt(CaseVal, Cond->getType())
2124                       : ConstantExpr::getSExt(CaseVal, Cond->getType());
2125           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(LHS, AddRHS);
2126           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2127                  "Result of expression should be constant");
2128           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2129         }
2130         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2131         Worklist.Add(I);
2132         return &SI;
2133       }
2134   }
2135
2136   return TruncCond ? &SI : nullptr;
2137 }
2138
2139 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2140   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2141
2142   if (!EV.hasIndices())
2143     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2144
2145   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2146     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2147       if (EV.getNumIndices() == 0)
2148         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2149       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2150       // first index
2151       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2152     }
2153     return nullptr; // Can't handle other constants
2154   }
2155
2156   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2157     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2158     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2159     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2160          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2161          exti != exte && insi != inse;
2162          ++exti, ++insi) {
2163       if (*insi != *exti)
2164         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2165         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2166         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2167         // operand of the insert. i.e., replace
2168         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2169         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2170         // with
2171         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2172         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2173                                         EV.getIndices());
2174     }
2175     if (exti == exte && insi == inse)
2176       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2177       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2178       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2179       // with "i32 42"
2180       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2181     if (exti == exte) {
2182       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2183       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2184       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2185       // with
2186       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2187       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2188       // by switching the order of the insert and extract (though the
2189       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2190       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2191                                                  EV.getIndices());
2192       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2193                                      makeArrayRef(insi, inse));
2194     }
2195     if (insi == inse)
2196       // The insert list is a prefix of the extract list
2197       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2198       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2199       // i.e., replace
2200       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2201       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2202       // with
2203       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2204       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2205                                       makeArrayRef(exti, exte));
2206   }
2207   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2208     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2209     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2210     // just get one value.
2211     if (II->hasOneUse()) {
2212       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2213       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2214       // and replace it with a traditional binary instruction.
2215       switch (II->getIntrinsicID()) {
2216       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2217       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2218         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2219           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2220           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2221           EraseInstFromFunction(*II);
2222           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2223         }
2224
2225         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2226         // we can transform this into a range comparison.
2227         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2228         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2229           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2230             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2231                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2232         break;
2233       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2234       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2235         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2236           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2237           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2238           EraseInstFromFunction(*II);
2239           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2240         }
2241         break;
2242       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2243       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2244         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2245           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2246           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2247           EraseInstFromFunction(*II);
2248           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2249         }
2250         break;
2251       default:
2252         break;
2253       }
2254     }
2255   }
2256   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2257     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2258     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2259     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2260     //        could be done regardless of having multiple uses.
2261     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2262       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2263       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2264       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2265       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2266       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2267             I != E; ++I)
2268         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2269
2270       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2271       // the extractvalue.
2272       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2273       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2274       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2275       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2276       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2277     }
2278   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2279   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2280   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2281   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2282   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2283   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2284   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2285   // aren't handled yet.
2286   return nullptr;
2287 }
2288
2289 enum Personality_Type {
2290   Unknown_Personality,
2291   GNU_Ada_Personality,
2292   GNU_CXX_Personality,
2293   GNU_ObjC_Personality
2294 };
2295
2296 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2297 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2298 /// otherwise return Unknown_Personality.
2299 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2300   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2301   if (!F)
2302     return Unknown_Personality;
2303   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2304     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2305     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2306     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2307     .Default(Unknown_Personality);
2308 }
2309
2310 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2311 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2312   switch (Personality) {
2313   case Unknown_Personality:
2314     return false;
2315   case GNU_Ada_Personality:
2316     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2317     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2318     return false;
2319   case GNU_CXX_Personality:
2320   case GNU_ObjC_Personality:
2321     return TypeInfo->isNullValue();
2322   }
2323   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2324 }
2325
2326 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2327   return
2328     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2329   <
2330     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2331 }
2332
2333 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2334   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2335   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2336   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2337   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2338
2339   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2340   // (these are often created by inlining).
2341   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2342   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2343   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2344
2345   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2346   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2347     bool isLastClause = i + 1 == e;
2348     if (LI.isCatch(i)) {
2349       // A catch clause.
2350       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2351       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2352
2353       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2354       // copy of it.
2355       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2356         // This catch clause was not already seen.
2357         NewClauses.push_back(CatchClause);
2358       } else {
2359         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2360         MakeNewInstruction = true;
2361       }
2362
2363       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2364       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2365       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2366         if (!isLastClause)
2367           MakeNewInstruction = true;
2368         CleanupFlag = false;
2369         break;
2370       }
2371     } else {
2372       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2373       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2374       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2375       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2376       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2377       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2378       // class derived from it).
2379       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2380       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2381       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2382       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2383
2384       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2385       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2386       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2387       if (!NumTypeInfos) {
2388         NewClauses.push_back(FilterClause);
2389         if (!isLastClause)
2390           MakeNewInstruction = true;
2391         CleanupFlag = false;
2392         break;
2393       }
2394
2395       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2396       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2397       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2398         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2399         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2400         Constant *TypeInfo =
2401           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2402         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2403         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2404           // Throw the filter away.
2405           MakeNewInstruction = true;
2406           continue;
2407         }
2408
2409         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2410         // discard all but the first copy if there is more than one.
2411         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2412         if (NumTypeInfos > 1)
2413           MakeNewFilter = true;
2414       } else {
2415         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2416         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2417         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2418
2419         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2420         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2421         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2422         bool SawCatchAll = false;
2423         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2424           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2425           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2426           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2427             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2428             SawCatchAll = true;
2429             break;
2430           }
2431           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2432             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2433             // is pointless.
2434             continue;
2435           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2436           // a filter, so only add it if we didn't already.
2437           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2438             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2439         }
2440         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2441         if (SawCatchAll) {
2442           // Throw the filter away.
2443           MakeNewInstruction = true;
2444           continue;
2445         }
2446
2447         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2448         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2449           MakeNewFilter = true;
2450       }
2451       if (MakeNewFilter) {
2452         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2453                                     NewFilterElts.size());
2454         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2455         MakeNewInstruction = true;
2456       }
2457
2458       NewClauses.push_back(FilterClause);
2459
2460       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2461       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2462       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2463       // already handled above.
2464       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2465         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2466         CleanupFlag = false;
2467         break;
2468       }
2469     }
2470   }
2471
2472   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2473   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2474   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2475   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2476   // filter optimizations below.
2477   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2478     unsigned j;
2479     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2480     for (j = i; j != e; ++j)
2481       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2482         break;
2483
2484     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2485     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2486     // new landingpad instruction if it does.
2487     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2488       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2489         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2490         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2491         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2492                          shorter_filter);
2493         MakeNewInstruction = true;
2494         break;
2495       }
2496
2497     // Look for the next batch of filters.
2498     i = j + 1;
2499   }
2500
2501   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2502   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2503   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2504   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2505   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2506   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2507   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2508   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2509   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2510   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2511   // specifications.
2512   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2513     // Examine each filter in turn.
2514     Value *Filter = NewClauses[i];
2515     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2516     if (!FTy)
2517       // Not a filter - skip it.
2518       continue;
2519     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2520     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2521     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2522     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2523       Value *LFilter = NewClauses[j];
2524       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2525       if (!LTy)
2526         // Not a filter - skip it.
2527         continue;
2528       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2529       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2530       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2531       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2532       if (!FElts) {
2533         // Discard LFilter.
2534         NewClauses.erase(J);
2535         MakeNewInstruction = true;
2536         // Move on to the next filter.
2537         continue;
2538       }
2539       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2540       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2541       if (FElts > LElts)
2542         // Move on to the next filter.
2543         continue;
2544       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2545       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2546         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2547         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2548         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2549           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2550           // Discard LFilter.
2551           NewClauses.erase(J);
2552           MakeNewInstruction = true;
2553         }
2554         // Move on to the next filter.
2555         continue;
2556       }
2557       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2558       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2559         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2560         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2561         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2562         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2563           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2564             // LFilter contains a zero - discard it.
2565             NewClauses.erase(J);
2566             MakeNewInstruction = true;
2567             break;
2568           }
2569         // Move on to the next filter.
2570         continue;
2571       }
2572       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2573       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2574       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2575       // using a method that scales nicely.
2576       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2577       bool AllFound = true;
2578       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2579         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2580         AllFound = false;
2581         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2582           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2583           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2584             AllFound = true;
2585             break;
2586           }
2587         }
2588         if (!AllFound)
2589           break;
2590       }
2591       if (AllFound) {
2592         // Discard LFilter.
2593         NewClauses.erase(J);
2594         MakeNewInstruction = true;
2595       }
2596       // Move on to the next filter.
2597     }
2598   }
2599
2600   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2601   // with a new one.
2602   if (MakeNewInstruction) {
2603     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2604                                                  LI.getPersonalityFn(),
2605                                                  NewClauses.size());
2606     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2607       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2608     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2609     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2610     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2611     if (NewClauses.empty())
2612       CleanupFlag = true;
2613     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2614     return NLI;
2615   }
2616
2617   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2618   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2619   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2620     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2621     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2622     return &LI;
2623   }
2624
2625   return nullptr;
2626 }
2627
2628
2629
2630
2631 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2632 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2633 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2634 /// end of its block.
2635 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2636   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2637
2638   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2639   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2640       isa<TerminatorInst>(I))
2641     return false;
2642
2643   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2644   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2645         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2646     return false;
2647
2648   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2649   // the end of block that could change the value.
2650   if (I->mayReadFromMemory()) {
2651     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2652          Scan != E; ++Scan)
2653       if (Scan->mayWriteToMemory())
2654         return false;
2655   }
2656
2657   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2658   I->moveBefore(InsertPos);
2659   ++NumSunkInst;
2660   return true;
2661 }
2662
2663
2664 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2665 /// all reachable code to the worklist.
2666 ///
2667 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2668 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2669 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2670 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2671 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2672 ///
2673 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2674                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2675                                        InstCombiner &IC,
2676                                        const DataLayout *DL,
2677                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2678   bool MadeIRChange = false;
2679   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2680   Worklist.push_back(BB);
2681
2682   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2683   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2684
2685   do {
2686     BB = Worklist.pop_back_val();
2687
2688     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2689     if (!Visited.insert(BB).second)
2690       continue;
2691
2692     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2693       Instruction *Inst = BBI++;
2694
2695       // DCE instruction if trivially dead.
2696       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2697         ++NumDeadInst;
2698         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2699         Inst->eraseFromParent();
2700         continue;
2701       }
2702
2703       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2704       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2705         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2706           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2707                        << *Inst << '\n');
2708           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2709           ++NumConstProp;
2710           Inst->eraseFromParent();
2711           continue;
2712         }
2713
2714       if (DL) {
2715         // See if we can constant fold its operands.
2716         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2717              i != e; ++i) {
2718           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2719           if (CE == nullptr) continue;
2720
2721           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2722           if (!FoldRes)
2723             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2724           if (!FoldRes)
2725             FoldRes = CE;
2726
2727           if (FoldRes != CE) {
2728             *i = FoldRes;
2729             MadeIRChange = true;
2730           }
2731         }
2732       }
2733
2734       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2735     }
2736
2737     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2738     // constant, only visit the reachable successor.
2739     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2740     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2741       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2742         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2743         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2744         Worklist.push_back(ReachableBB);
2745         continue;
2746       }
2747     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2748       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2749         // See if this is an explicit destination.
2750         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2751              i != e; ++i)
2752           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2753             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2754             Worklist.push_back(ReachableBB);
2755             continue;
2756           }
2757
2758         // Otherwise it is the default destination.
2759         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2760         continue;
2761       }
2762     }
2763
2764     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2765       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2766   } while (!Worklist.empty());
2767
2768   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2769   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2770   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2771   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2772   // some N^2 behavior in pathological cases.
2773   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2774                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2775
2776   return MadeIRChange;
2777 }
2778
2779 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2780   MadeIRChange = false;
2781
2782   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2783                << F.getName() << "\n");
2784
2785   {
2786     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2787     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2788     // track of which blocks we visit.
2789     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2790     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2791                                                TLI);
2792
2793     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2794     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2795     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2796     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2797       if (Visited.count(BB)) continue;
2798
2799       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2800       // having to update as many def-use and use-def chains.
2801       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2802       while (EndInst != BB->begin()) {
2803         // Delete the next to last instruction.
2804         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2805         Instruction *Inst = --I;
2806         if (!Inst->use_empty())
2807           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2808         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2809           EndInst = Inst;
2810           continue;
2811         }
2812         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2813           ++NumDeadInst;
2814           MadeIRChange = true;
2815         }
2816         Inst->eraseFromParent();
2817       }
2818     }
2819   }
2820
2821   while (!Worklist.isEmpty()) {
2822     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2823     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2824
2825     // Check to see if we can DCE the instruction.
2826     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2827       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2828       EraseInstFromFunction(*I);
2829       ++NumDeadInst;
2830       MadeIRChange = true;
2831       continue;
2832     }
2833
2834     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2835     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2836       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2837         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2838
2839         // Add operands to the worklist.
2840         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2841         ++NumConstProp;
2842         EraseInstFromFunction(*I);
2843         MadeIRChange = true;
2844         continue;
2845       }
2846
2847     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2848     if (I->hasOneUse()) {
2849       BasicBlock *BB = I->getParent();
2850       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2851       BasicBlock *UserParent;
2852
2853       // Get the block the use occurs in.
2854       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2855         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2856       else
2857         UserParent = UserInst->getParent();
2858
2859       if (UserParent != BB) {
2860         bool UserIsSuccessor = false;
2861         // See if the user is one of our successors.
2862         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2863           if (*SI == UserParent) {
2864             UserIsSuccessor = true;
2865             break;
2866           }
2867
2868         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2869         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2870         // otherwise), we can keep going.
2871         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2872           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2873           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2874             MadeIRChange = true;
2875             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2876             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2877             // worklist
2878             for (Use &U : I->operands())
2879               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2880                 Worklist.Add(OpI);
2881           }
2882         }
2883       }
2884     }
2885
2886     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2887     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2888     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2889
2890 #ifndef NDEBUG
2891     std::string OrigI;
2892 #endif
2893     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2894     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2895
2896     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2897       ++NumCombined;
2898       // Should we replace the old instruction with a new one?
2899       if (Result != I) {
2900         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2901                      << "    New = " << *Result << '\n');
2902
2903         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2904           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2905         // Everything uses the new instruction now.
2906         I->replaceAllUsesWith(Result);
2907
2908         // Move the name to the new instruction first.
2909         Result->takeName(I);
2910
2911         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2912         Worklist.Add(Result);
2913         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2914
2915         // Insert the new instruction into the basic block...
2916         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2917         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2918
2919         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2920         // insertion point.
2921         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2922           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2923
2924         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2925
2926         EraseInstFromFunction(*I);
2927       } else {
2928 #ifndef NDEBUG
2929         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2930                      << "    New = " << *I << '\n');
2931 #endif
2932
2933         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2934         // if so, remove it.
2935         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2936           EraseInstFromFunction(*I);
2937         } else {
2938           Worklist.Add(I);
2939           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2940         }
2941       }
2942       MadeIRChange = true;
2943     }
2944   }
2945
2946   Worklist.Zap();
2947   return MadeIRChange;
2948 }
2949
2950 namespace {
2951 class InstCombinerLibCallSimplifier final : public LibCallSimplifier {
2952   InstCombiner *IC;
2953 public:
2954   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2955                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2956                                 InstCombiner *IC)
2957     : LibCallSimplifier(DL, TLI) {
2958     this->IC = IC;
2959   }
2960
2961   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2962   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2963   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2964     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2965   }
2966 };
2967 }
2968
2969 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2970   if (skipOptnoneFunction(F))
2971     return false;
2972
2973   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2974   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2975   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2976   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2977   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
2978
2979   // Minimizing size?
2980   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2981                                                 Attribute::MinSize);
2982
2983   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2984   /// instructions into the worklist when they are created.
2985   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> TheBuilder(
2986       F.getContext(), TargetFolder(DL), InstCombineIRInserter(Worklist, AC));
2987   Builder = &TheBuilder;
2988
2989   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2990   Simplifier = &TheSimplifier;
2991
2992   bool EverMadeChange = false;
2993
2994   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2995   // by instcombiner.
2996   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2997
2998   // Iterate while there is work to do.
2999   unsigned Iteration = 0;
3000   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
3001     EverMadeChange = true;
3002
3003   Builder = nullptr;
3004   return EverMadeChange;
3005 }
3006
3007 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
3008   return new InstCombiner();
3009 }