9a46f25e66ff812cd63447e260e8b24f3ed7db72
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
41 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
42 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
43 #include "llvm/DataLayout.h"
44 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/Support/CFG.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
49 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
50 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
51 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
52 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
53 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
54 #include "llvm-c/Initialization.h"
55 #include <algorithm>
56 #include <climits>
57 using namespace llvm;
58 using namespace llvm::PatternMatch;
59
60 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
61 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
62 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
63 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
64 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
65 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
66 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
67
68 // Initialization Routines
69 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
70   initializeInstCombinerPass(Registry);
71 }
72
73 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
74   initializeInstCombine(*unwrap(R));
75 }
76
77 char InstCombiner::ID = 0;
78 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
79                 "Combine redundant instructions", false, false)
80 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
81 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
82                 "Combine redundant instructions", false, false)
83
84 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
85   AU.setPreservesCFG();
86   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
87 }
88
89
90 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
91   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
92 }
93
94 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
95 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
96 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
97 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
98   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
99
100   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
101   if (!TD) return false;
102
103   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
104   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
105   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
106   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
107
108   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
109   // type, don't do the transformation.
110   if (FromLegal && !ToLegal)
111     return false;
112
113   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
114   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
115   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
116     return false;
117
118   return true;
119 }
120
121 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
122 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
123 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
124 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
125 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
126 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
127   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
128   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
129     return false;
130   }
131
132   // We reason about Add and Sub Only.
133   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
134   if (Opcode != Instruction::Add &&
135       Opcode != Instruction::Sub) {
136     return false;
137   }
138
139   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
140   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
141
142   if (!CB || !CC) {
143     return false;
144   }
145
146   const APInt &BVal = CB->getValue();
147   const APInt &CVal = CC->getValue();
148   bool Overflow = false;
149
150   if (Opcode == Instruction::Add) {
151     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
152   } else {
153     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
154   }
155
156   return !Overflow;
157 }
158
159 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
160 /// operators which are associative or commutative:
161 //
162 //  Commutative operators:
163 //
164 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
165 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
166 //     binary operators.
167 //
168 //  Associative operators:
169 //
170 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
171 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
172 //
173 //  Associative and commutative operators:
174 //
175 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
176 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
177 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
178 //     if C1 and C2 are constants.
179 //
180 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
181   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
182   bool Changed = false;
183
184   do {
185     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
186     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
187     // binary operators.
188     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
189         getComplexity(I.getOperand(1)))
190       Changed = !I.swapOperands();
191
192     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
193     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
194
195     if (I.isAssociative()) {
196       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
197       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
198         Value *A = Op0->getOperand(0);
199         Value *B = Op0->getOperand(1);
200         Value *C = I.getOperand(1);
201
202         // Does "B op C" simplify?
203         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
204           // It simplifies to V.  Form "A op V".
205           I.setOperand(0, A);
206           I.setOperand(1, V);
207           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
208           // preserved by the reassociation.
209           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
210               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
211             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
212             // the operands to Op0.
213             I.clearSubclassOptionalData();
214             I.setHasNoSignedWrap(true);
215           } else {
216             I.clearSubclassOptionalData();
217           }
218
219           Changed = true;
220           ++NumReassoc;
221           continue;
222         }
223       }
224
225       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
226       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
227         Value *A = I.getOperand(0);
228         Value *B = Op1->getOperand(0);
229         Value *C = Op1->getOperand(1);
230
231         // Does "A op B" simplify?
232         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
233           // It simplifies to V.  Form "V op C".
234           I.setOperand(0, V);
235           I.setOperand(1, C);
236           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
237           // preserved by the reassociation.
238           I.clearSubclassOptionalData();
239           Changed = true;
240           ++NumReassoc;
241           continue;
242         }
243       }
244     }
245
246     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
247       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
248       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
249         Value *A = Op0->getOperand(0);
250         Value *B = Op0->getOperand(1);
251         Value *C = I.getOperand(1);
252
253         // Does "C op A" simplify?
254         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
255           // It simplifies to V.  Form "V op B".
256           I.setOperand(0, V);
257           I.setOperand(1, B);
258           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
259           // preserved by the reassociation.
260           I.clearSubclassOptionalData();
261           Changed = true;
262           ++NumReassoc;
263           continue;
264         }
265       }
266
267       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
268       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
269         Value *A = I.getOperand(0);
270         Value *B = Op1->getOperand(0);
271         Value *C = Op1->getOperand(1);
272
273         // Does "C op A" simplify?
274         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
275           // It simplifies to V.  Form "B op V".
276           I.setOperand(0, B);
277           I.setOperand(1, V);
278           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
279           // preserved by the reassociation.
280           I.clearSubclassOptionalData();
281           Changed = true;
282           ++NumReassoc;
283           continue;
284         }
285       }
286
287       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
288       // if C1 and C2 are constants.
289       if (Op0 && Op1 &&
290           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
291           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
292           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
293           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
294         Value *A = Op0->getOperand(0);
295         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
296         Value *B = Op1->getOperand(0);
297         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
298
299         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
300         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
301         InsertNewInstWith(New, I);
302         New->takeName(Op1);
303         I.setOperand(0, New);
304         I.setOperand(1, Folded);
305         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
306         // preserved by the reassociation.
307         I.clearSubclassOptionalData();
308
309         Changed = true;
310         continue;
311       }
312     }
313
314     // No further simplifications.
315     return Changed;
316   } while (1);
317 }
318
319 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
320 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
321 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
322                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
323   switch (LOp) {
324   default:
325     return false;
326
327   case Instruction::And:
328     // And distributes over Or and Xor.
329     switch (ROp) {
330     default:
331       return false;
332     case Instruction::Or:
333     case Instruction::Xor:
334       return true;
335     }
336
337   case Instruction::Mul:
338     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
339     switch (ROp) {
340     default:
341       return false;
342     case Instruction::Add:
343     case Instruction::Sub:
344       return true;
345     }
346
347   case Instruction::Or:
348     // Or distributes over And.
349     switch (ROp) {
350     default:
351       return false;
352     case Instruction::And:
353       return true;
354     }
355   }
356 }
357
358 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
359 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
360 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
361                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
362   if (Instruction::isCommutative(ROp))
363     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
364   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
365   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
366   // such subtleties.
367   return false;
368 }
369
370 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
371 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
372 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
373 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
374 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
375 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
376   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
377   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
378   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
379   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
380
381   // Factorization.
382   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
383     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
384     // a common term.
385     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
386     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
387     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
388
389     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
390     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
391
392     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
393     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
394       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
395       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
396       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
397         if (A != C)
398           std::swap(C, D);
399         // Consider forming "A op' (B op D)".
400         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
401         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
402         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
403         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
404         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
405           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
406         if (V) {
407           ++NumFactor;
408           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
409           V->takeName(&I);
410           return V;
411         }
412       }
413
414     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
415     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
416       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
417       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
418       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
419         if (B != D)
420           std::swap(C, D);
421         // Consider forming "(A op C) op' B".
422         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
423         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
424         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
425         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
426         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
427           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
428         if (V) {
429           ++NumFactor;
430           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
431           V->takeName(&I);
432           return V;
433         }
434       }
435   }
436
437   // Expansion.
438   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
439     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
440     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
441     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
442     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
443
444     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
445     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
446       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
447         // They do! Return "L op' R".
448         ++NumExpand;
449         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
450         if ((L == A && R == B) ||
451             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
452           return Op0;
453         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
454         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
455           return V;
456         // Otherwise, create a new instruction.
457         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
458         C->takeName(&I);
459         return C;
460       }
461   }
462
463   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
464     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
465     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
466     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
467     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
468
469     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
470     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
471       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
472         // They do! Return "L op' R".
473         ++NumExpand;
474         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
475         if ((L == B && R == C) ||
476             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
477           return Op1;
478         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
479         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
480           return V;
481         // Otherwise, create a new instruction.
482         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
483         A->takeName(&I);
484         return A;
485       }
486   }
487
488   return 0;
489 }
490
491 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
492 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
493 //
494 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
495   if (BinaryOperator::isNeg(V))
496     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
497
498   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
499   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
500     return ConstantExpr::getNeg(C);
501
502   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
503     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
504       return ConstantExpr::getNeg(C);
505
506   return 0;
507 }
508
509 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
510 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
511 // form).
512 //
513 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
514   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
515     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
516
517   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
518   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
519     return ConstantExpr::getFNeg(C);
520
521   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
522     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
523       return ConstantExpr::getFNeg(C);
524
525   return 0;
526 }
527
528 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
529                                              InstCombiner *IC) {
530   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
531     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
532   }
533
534   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
535   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
536   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
537
538   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
539     if (ConstIsRHS)
540       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
541     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
542   }
543
544   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
545   if (!ConstIsRHS)
546     std::swap(Op0, Op1);
547
548   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
549     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
550                                     SO->getName()+".op");
551   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
552     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
553                                    SO->getName()+".cmp");
554   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
555     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
556                                    SO->getName()+".cmp");
557   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
558 }
559
560 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
561 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
562 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
563 // not have a second operand.
564 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
565   // Don't modify shared select instructions
566   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
567   Value *TV = SI->getOperand(1);
568   Value *FV = SI->getOperand(2);
569
570   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
571     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
572     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
573
574     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
575     // elements on both sides.
576     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
577       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
578       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
579
580       // Verify that either both or neither are vectors.
581       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
582       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
583       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
584         return 0;
585     }
586
587     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
588     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
589
590     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
591                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
592   }
593   return 0;
594 }
595
596
597 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
598 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
599 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
600 ///
601 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
602   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
603   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
604   if (NumPHIValues == 0)
605     return 0;
606
607   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
608   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
609   // uses into the PHI.
610   if (!PN->hasOneUse()) {
611     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
612     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
613          UI != E; ++UI) {
614       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
615       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
616         return 0;
617     }
618     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
619   }
620
621   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
622   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
623   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
624   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
625   // their computation can be expensive without a cost model.
626   BasicBlock *NonConstBB = 0;
627   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
628     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
629     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
630       continue;
631
632     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
633     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
634
635     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
636
637     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
638     // insert a computation after it without breaking the edge.
639     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
640       if (II->getParent() == NonConstBB)
641         return 0;
642
643     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
644     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
645     // instcombine.
646     if (NonConstBB == I.getParent())
647       return 0;
648   }
649
650   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
651   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
652   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
653   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
654   if (NonConstBB != 0) {
655     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
656     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
657   }
658
659   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
660   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
661   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
662   NewPN->takeName(PN);
663
664   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
665   // predecessors terminator.
666   if (NonConstBB)
667     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
668
669   // Next, add all of the operands to the PHI.
670   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
671     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
672     // not the true/false values.
673     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
674     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
675     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
676     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
677       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
678       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
679       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
680       Value *InV = 0;
681       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
682         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
683       else
684         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
685                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
686       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
687     }
688   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
689     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
690     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
691       Value *InV = 0;
692       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
693         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
694       else if (isa<ICmpInst>(CI))
695         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
696                                   C, "phitmp");
697       else
698         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
699                                   C, "phitmp");
700       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
701     }
702   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
703     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
704     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
705       Value *InV = 0;
706       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
707         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
708       else
709         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
710                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
711       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
712     }
713   } else {
714     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
715     Type *RetTy = CI->getType();
716     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
717       Value *InV;
718       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
719         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
720       else
721         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
722                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
723       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
724     }
725   }
726
727   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
728        UI != E; ) {
729     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
730     if (User == &I) continue;
731     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
732     EraseInstFromFunction(*User);
733   }
734   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
735 }
736
737 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
738 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
739 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
740 /// resultant element type, otherwise return null.
741 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *Ty, int64_t Offset,
742                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
743   if (!TD) return 0;
744   if (!Ty->isSized()) return 0;
745
746   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
747   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
748   // is something like [0 x {int, int}]
749   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
750   int64_t FirstIdx = 0;
751   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
752     FirstIdx = Offset/TySize;
753     Offset -= FirstIdx*TySize;
754
755     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
756     if (Offset < 0) {
757       --FirstIdx;
758       Offset += TySize;
759       assert(Offset >= 0);
760     }
761     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
762   }
763
764   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
765
766   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
767   while (Offset) {
768     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
769     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
770       return 0;
771
772     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
773       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
774       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
775              "Offset must stay within the indexed type");
776
777       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
778       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
779                                             Elt));
780
781       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
782       Ty = STy->getElementType(Elt);
783     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
784       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
785       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
786       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
787       Offset %= EltSize;
788       Ty = AT->getElementType();
789     } else {
790       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
791       return 0;
792     }
793   }
794
795   return Ty;
796 }
797
798 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
799   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
800   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
801   // the indices.
802   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
803       !Src.hasOneUse())
804     return false;
805   return true;
806 }
807
808 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
809 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
810 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
811   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
812   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
813          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
814
815   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
816   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
817     NoSignedWrap = true;
818     return Val;
819   }
820
821   // If Scale is zero then it does not divide Val.
822   if (Scale.isMinValue())
823     return 0;
824
825   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
826   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
827   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
828   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
829   // down from Val:
830   //
831   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
832   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
833   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
834   //
835   // Then to modify a term at the bottom:
836   //
837   //     Val = M1 * X
838   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
839   //
840   // Then to work back up correcting nsw flags.
841
842   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
843   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
844   Value *Op = Val;
845
846   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
847   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
848   // 0'th operand of Val.
849   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
850
851   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
852   // levels that doesn't overflow.
853   bool RequireNoSignedWrap = false;
854
855   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
856   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
857
858   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
859
860     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
861       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
862       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
863       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
864       if (!Remainder.isMinValue())
865         // Not divisible by Scale.
866         return 0;
867       // Replace with the quotient in the parent.
868       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
869       NoSignedWrap = true;
870       break;
871     }
872
873     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
874
875       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
876         // Multiplication.
877         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
878         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
879           return 0;
880
881         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
882         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
883         // multiplication by something else.
884         Value *LHS = BO->getOperand(0);
885         Value *RHS = BO->getOperand(1);
886
887         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
888           // Multiplication by a constant.
889           if (CI->getValue() == Scale) {
890             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
891             // by its left-hand side in the parent.
892             Op = LHS;
893             break;
894           }
895
896           // Otherwise drill down into the constant.
897           if (!Op->hasOneUse())
898             return 0;
899
900           Parent = std::make_pair(BO, 1);
901           continue;
902         }
903
904         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
905         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
906         if (!Op->hasOneUse())
907           return 0;
908
909         Parent = std::make_pair(BO, 0);
910         continue;
911       }
912
913       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
914           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
915         // Multiplication by a power of 2.
916         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
917         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
918           return 0;
919
920         Value *LHS = BO->getOperand(0);
921         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
922           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
923         // Op = LHS << Amt.
924
925         if (Amt == logScale) {
926           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
927           // by its left-hand side in the parent.
928           Op = LHS;
929           break;
930         }
931         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
932           return 0;
933
934         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
935         // by the scale in the parent.
936         Parent = std::make_pair(BO, 1);
937         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
938         break;
939       }
940     }
941
942     if (!Op->hasOneUse())
943       return 0;
944
945     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
946       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
947         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
948         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
949         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
950         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
951         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
952         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
953         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
954         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
955         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
956           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
957           return 0;
958         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
959         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
960         RequireNoSignedWrap = true;
961
962         // Drill down through the cast.
963         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
964         Scale = SmallScale;
965         continue;
966       }
967
968       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
969         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
970         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
971         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
972         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
973         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
974         // from this point up in the expression (see later).
975         if (RequireNoSignedWrap)
976           return 0;
977
978         // Drill down through the cast.
979         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
980         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
981         Scale = Scale.sext(LargeSize);
982         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
983           logScale = -1;
984         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
985         continue;
986       }
987     }
988
989     // Unsupported expression, bail out.
990     return 0;
991   }
992
993   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
994   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
995   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
996   // not to overflow.
997
998   if (!Parent.first)
999     // The expression only had one term.
1000     return Op;
1001
1002   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1003   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1004   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1005          "Descaling was a no-op?");
1006   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1007   Worklist.Add(Parent.first);
1008
1009   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1010   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1011   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1012   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1013   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1014   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1015   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1016   do {
1017     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1018       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1019       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1020       // from this point on up.
1021       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1022       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1023       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1024         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1025         Worklist.Add(Ancestor);
1026       }
1027     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1028       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1029       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1030       // the absolute values of the truncations.
1031       NoSignedWrap = false;
1032     }
1033     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1034            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1035
1036     if (Ancestor == Val)
1037       // Got to the top, all done!
1038       return Val;
1039
1040     // Move up one level in the expression.
1041     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1042     Ancestor = Ancestor->use_back();
1043   } while (1);
1044 }
1045
1046 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1047   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1048
1049   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
1050     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1051
1052   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1053
1054   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1055   // by multiples of a zero size type with zero.
1056   if (TD) {
1057     bool MadeChange = false;
1058     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1059
1060     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1061     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1062          I != E; ++I, ++GTI) {
1063       // Skip indices into struct types.
1064       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1065       if (!SeqTy) continue;
1066
1067       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1068       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1069       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1070           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1071         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1072           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1073           MadeChange = true;
1074         }
1075
1076       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1077       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1078         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1079         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1080         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1081         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1082         MadeChange = true;
1083       }
1084     }
1085     if (MadeChange) return &GEP;
1086   }
1087
1088   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1089   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1090   // getelementptr instructions into a single instruction.
1091   //
1092   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1093     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1094       return 0;
1095
1096     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1097     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1098     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1099     if (GEPOperator *SrcGEP =
1100           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1101       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1102         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
1103
1104     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1105
1106     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1107     bool EndsWithSequential = false;
1108     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1109          I != E; ++I)
1110       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1111
1112     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1113     if (EndsWithSequential) {
1114       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1115       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1116       //
1117       Value *Sum;
1118       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1119       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1120       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1121         Sum = GO1;
1122       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1123         Sum = SO1;
1124       } else {
1125         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1126         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1127         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1128         // normalized.
1129         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1130           return 0;
1131         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1132       }
1133
1134       // Update the GEP in place if possible.
1135       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1136         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1137         GEP.setOperand(1, Sum);
1138         return &GEP;
1139       }
1140       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1141       Indices.push_back(Sum);
1142       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1143     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1144                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1145                Src->getNumOperands() != 1) {
1146       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1147       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1148       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1149     }
1150
1151     if (!Indices.empty())
1152       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1153         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1154                                           GEP.getName()) :
1155         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1156   }
1157
1158   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1159   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1160   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1161
1162   // We do not handle pointer-vector geps here.
1163   if (!StrippedPtrTy)
1164     return 0;
1165
1166   if (StrippedPtr != PtrOp &&
1167     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1168
1169     bool HasZeroPointerIndex = false;
1170     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1171       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1172
1173     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1174     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1175     //
1176     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1177     //           into     : GEP i8* X, ...
1178     //
1179     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1180     if (HasZeroPointerIndex) {
1181       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1182       if (ArrayType *CATy =
1183           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1184         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1185         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1186           // -> GEP i8* X, ...
1187           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1188           GetElementPtrInst *Res =
1189             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1190           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1191           return Res;
1192         }
1193
1194         if (ArrayType *XATy =
1195               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1196           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1197           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1198             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1199             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1200             // to an array of the same type as the destination pointer
1201             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1202             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1203             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1204             return &GEP;
1205           }
1206         }
1207       }
1208     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1209       // Transform things like:
1210       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1211       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1212       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1213       Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
1214       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
1215           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
1216           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1217         Value *Idx[2];
1218         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1219         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
1220         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1221           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1222           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1223         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1224         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1225       }
1226
1227       // Transform things like:
1228       // %V = mul i64 %N, 4
1229       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1230       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1231       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1232         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1233         // factor.
1234         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1235         uint64_t SrcSize = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1236         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1237           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1238           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1239           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1240
1241           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1242           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1243           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1244                  "Index not cast to pointer width?");
1245
1246           bool NSW;
1247           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1248             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1249             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1250             // GEP may not be "inbounds".
1251             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1252               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1253               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1254             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1255             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1256           }
1257         }
1258       }
1259
1260       // Similarly, transform things like:
1261       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1262       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1263       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1264       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1265           SrcElTy->isArrayTy()) {
1266         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1267         // index by a scale factor.
1268         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1269         uint64_t ArrayEltSize =
1270           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
1271         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1272           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1273           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1274           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1275
1276           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1277           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1278           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1279                  "Index not cast to pointer width?");
1280
1281           bool NSW;
1282           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1283             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1284             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1285             // GEP may not be "inbounds".
1286             Value *Off[2];
1287             Off[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1288             Off[1] = NewIdx;
1289             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1290               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1291               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1292             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1293             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1294           }
1295         }
1296       }
1297     }
1298   }
1299
1300   /// See if we can simplify:
1301   ///   X = bitcast A* to B*
1302   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1303   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1304   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1305   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1306     if (TD &&
1307         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices() &&
1308         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1309
1310       // Determine how much the GEP moves the pointer.
1311       SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1312       int64_t Offset = TD->getIndexedOffset(GEP.getPointerOperandType(), Ops);
1313
1314       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1315       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1316       if (Offset == 0) {
1317         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1318         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1319         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
1320             isAllocationFn(BCI->getOperand(0), TLI)) {
1321           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1322           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1323             if (I != BCI) {
1324               I->takeName(BCI);
1325               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1326               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1327             }
1328             return &GEP;
1329           }
1330         }
1331         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
1332       }
1333
1334       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1335       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1336       // GEP.
1337       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1338       Type *InTy =
1339         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
1340       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
1341         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1342           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices) :
1343           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices);
1344
1345         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1346           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1347         NGEP->takeName(&GEP);
1348         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1349       }
1350     }
1351   }
1352
1353   return 0;
1354 }
1355
1356
1357
1358 static bool
1359 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1360                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1361   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1362   Worklist.push_back(AI);
1363
1364   do {
1365     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1366     for (Value::use_iterator UI = PI->use_begin(), UE = PI->use_end(); UI != UE;
1367          ++UI) {
1368       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
1369       switch (I->getOpcode()) {
1370       default:
1371         // Give up the moment we see something we can't handle.
1372         return false;
1373
1374       case Instruction::BitCast:
1375       case Instruction::GetElementPtr:
1376         Users.push_back(I);
1377         Worklist.push_back(I);
1378         continue;
1379
1380       case Instruction::ICmp: {
1381         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1382         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1383         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1384           return false;
1385         Users.push_back(I);
1386         continue;
1387       }
1388
1389       case Instruction::Call:
1390         // Ignore no-op and store intrinsics.
1391         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1392           switch (II->getIntrinsicID()) {
1393           default:
1394             return false;
1395
1396           case Intrinsic::memmove:
1397           case Intrinsic::memcpy:
1398           case Intrinsic::memset: {
1399             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1400             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1401               return false;
1402           }
1403           // fall through
1404           case Intrinsic::dbg_declare:
1405           case Intrinsic::dbg_value:
1406           case Intrinsic::invariant_start:
1407           case Intrinsic::invariant_end:
1408           case Intrinsic::lifetime_start:
1409           case Intrinsic::lifetime_end:
1410           case Intrinsic::objectsize:
1411             Users.push_back(I);
1412             continue;
1413           }
1414         }
1415
1416         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1417           Users.push_back(I);
1418           continue;
1419         }
1420         return false;
1421
1422       case Instruction::Store: {
1423         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1424         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1425           return false;
1426         Users.push_back(I);
1427         continue;
1428       }
1429       }
1430       llvm_unreachable("missing a return?");
1431     }
1432   } while (!Worklist.empty());
1433   return true;
1434 }
1435
1436 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1437   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1438   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1439   // true or false as appropriate.
1440   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1441   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1442     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1443       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1444       if (!I) continue;
1445
1446       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1447         ReplaceInstUsesWith(*C,
1448                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1449                                              C->isFalseWhenEqual()));
1450       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1451         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1452       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1453         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1454           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1455           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1456           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1457         }
1458       }
1459       EraseInstFromFunction(*I);
1460     }
1461
1462     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1463       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1464       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1465       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1466       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1467                          ArrayRef<Value *>(), "", II->getParent());
1468     }
1469     return EraseInstFromFunction(MI);
1470   }
1471   return 0;
1472 }
1473
1474
1475
1476 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1477   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1478
1479   // free undef -> unreachable.
1480   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1481     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1482     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1483                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1484     return EraseInstFromFunction(FI);
1485   }
1486
1487   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1488   // when lots of inlining happens.
1489   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1490     return EraseInstFromFunction(FI);
1491
1492   return 0;
1493 }
1494
1495
1496
1497 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1498   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1499   Value *X = 0;
1500   BasicBlock *TrueDest;
1501   BasicBlock *FalseDest;
1502   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1503       !isa<Constant>(X)) {
1504     // Swap Destinations and condition...
1505     BI.setCondition(X);
1506     BI.swapSuccessors();
1507     return &BI;
1508   }
1509
1510   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1511   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1512   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1513                              TrueDest, FalseDest)) &&
1514       BI.getCondition()->hasOneUse())
1515     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1516         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1517       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1518       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1519
1520       // Swap Destinations and condition.
1521       BI.swapSuccessors();
1522       Worklist.Add(Cond);
1523       return &BI;
1524     }
1525
1526   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1527   ICmpInst::Predicate IPred;
1528   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1529                       TrueDest, FalseDest)) &&
1530       BI.getCondition()->hasOneUse())
1531     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1532         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1533         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1534       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1535       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1536       // Swap Destinations and condition.
1537       BI.swapSuccessors();
1538       Worklist.Add(Cond);
1539       return &BI;
1540     }
1541
1542   return 0;
1543 }
1544
1545 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1546   Value *Cond = SI.getCondition();
1547   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1548     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1549       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1550         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1551         // Skip the first item since that's the default case.
1552         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1553              i != e; ++i) {
1554           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1555           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1556                                                       AddRHS);
1557           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1558                  "Result of expression should be constant");
1559           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1560         }
1561         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1562         Worklist.Add(I);
1563         return &SI;
1564       }
1565   }
1566   return 0;
1567 }
1568
1569 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1570   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1571
1572   if (!EV.hasIndices())
1573     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1574
1575   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1576     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1577       if (EV.getNumIndices() == 0)
1578         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
1579       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1580       // first index
1581       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
1582     }
1583     return 0; // Can't handle other constants
1584   }
1585
1586   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1587     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1588     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1589     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1590          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1591          exti != exte && insi != inse;
1592          ++exti, ++insi) {
1593       if (*insi != *exti)
1594         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1595         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1596         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1597         // operand of the insert. i.e., replace
1598         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1599         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1600         // with
1601         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1602         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1603                                         EV.getIndices());
1604     }
1605     if (exti == exte && insi == inse)
1606       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1607       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1608       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1609       // with "i32 42"
1610       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1611     if (exti == exte) {
1612       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1613       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1614       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1615       // with
1616       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1617       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1618       // by switching the order of the insert and extract (though the
1619       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1620       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1621                                                  EV.getIndices());
1622       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1623                                      makeArrayRef(insi, inse));
1624     }
1625     if (insi == inse)
1626       // The insert list is a prefix of the extract list
1627       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1628       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1629       // i.e., replace
1630       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1631       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1632       // with
1633       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1634       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1635                                       makeArrayRef(exti, exte));
1636   }
1637   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1638     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1639     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1640     // just get one value.
1641     if (II->hasOneUse()) {
1642       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1643       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1644       // and replace it with a traditional binary instruction.
1645       switch (II->getIntrinsicID()) {
1646       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1647       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1648         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1649           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1650           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1651           EraseInstFromFunction(*II);
1652           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1653         }
1654
1655         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1656         // we can transform this into a range comparison.
1657         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1658         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1659           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1660             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1661                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1662         break;
1663       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1664       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1665         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1666           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1667           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1668           EraseInstFromFunction(*II);
1669           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1670         }
1671         break;
1672       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1673       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1674         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1675           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1676           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1677           EraseInstFromFunction(*II);
1678           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1679         }
1680         break;
1681       default:
1682         break;
1683       }
1684     }
1685   }
1686   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1687     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1688     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1689     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1690     //        could be done regardless of having multiple uses.
1691     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1692       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1693       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1694       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1695       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1696       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1697             I != E; ++I)
1698         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1699
1700       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1701       // the extractvalue.
1702       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1703       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1704       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1705       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1706       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1707     }
1708   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1709   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1710   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1711   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1712   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1713   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1714   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1715   // aren't handled yet.
1716   return 0;
1717 }
1718
1719 enum Personality_Type {
1720   Unknown_Personality,
1721   GNU_Ada_Personality,
1722   GNU_CXX_Personality,
1723   GNU_ObjC_Personality
1724 };
1725
1726 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1727 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1728 /// otherwise return Unknown_Personality.
1729 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1730   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1731   if (!F)
1732     return Unknown_Personality;
1733   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1734     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1735     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1736     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1737     .Default(Unknown_Personality);
1738 }
1739
1740 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1741 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1742   switch (Personality) {
1743   case Unknown_Personality:
1744     return false;
1745   case GNU_Ada_Personality:
1746     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1747     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1748     return false;
1749   case GNU_CXX_Personality:
1750   case GNU_ObjC_Personality:
1751     return TypeInfo->isNullValue();
1752   }
1753   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1754 }
1755
1756 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1757   return
1758     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1759   <
1760     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1761 }
1762
1763 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1764   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1765   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1766   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1767   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1768
1769   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1770   // (these are often created by inlining).
1771   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1772   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1773   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1774
1775   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1776   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1777     bool isLastClause = i + 1 == e;
1778     if (LI.isCatch(i)) {
1779       // A catch clause.
1780       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1781       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1782
1783       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1784       // copy of it.
1785       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1786         // This catch clause was not already seen.
1787         NewClauses.push_back(CatchClause);
1788       } else {
1789         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1790         MakeNewInstruction = true;
1791       }
1792
1793       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1794       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1795       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1796         if (!isLastClause)
1797           MakeNewInstruction = true;
1798         CleanupFlag = false;
1799         break;
1800       }
1801     } else {
1802       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1803       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1804       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1805       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1806       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1807       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1808       // class derived from it).
1809       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1810       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1811       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1812       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1813
1814       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1815       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1816       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1817       if (!NumTypeInfos) {
1818         NewClauses.push_back(FilterClause);
1819         if (!isLastClause)
1820           MakeNewInstruction = true;
1821         CleanupFlag = false;
1822         break;
1823       }
1824
1825       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1826       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1827       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1828         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1829         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1830         Constant *TypeInfo =
1831           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1832         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1833         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1834           // Throw the filter away.
1835           MakeNewInstruction = true;
1836           continue;
1837         }
1838
1839         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1840         // discard all but the first copy if there is more than one.
1841         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1842         if (NumTypeInfos > 1)
1843           MakeNewFilter = true;
1844       } else {
1845         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1846         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1847         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1848
1849         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1850         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1851         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1852         bool SawCatchAll = false;
1853         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1854           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1855           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1856           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1857             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1858             SawCatchAll = true;
1859             break;
1860           }
1861           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1862             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1863             // is pointless.
1864             continue;
1865           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1866           // a filter, so only add it if we didn't already.
1867           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1868             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1869         }
1870         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1871         if (SawCatchAll) {
1872           // Throw the filter away.
1873           MakeNewInstruction = true;
1874           continue;
1875         }
1876
1877         // If we dropped something from the filter, make a new one.
1878         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
1879           MakeNewFilter = true;
1880       }
1881       if (MakeNewFilter) {
1882         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
1883                                     NewFilterElts.size());
1884         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
1885         MakeNewInstruction = true;
1886       }
1887
1888       NewClauses.push_back(FilterClause);
1889
1890       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
1891       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
1892       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
1893       // already handled above.
1894       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
1895         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
1896         CleanupFlag = false;
1897         break;
1898       }
1899     }
1900   }
1901
1902   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
1903   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
1904   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
1905   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
1906   // filter optimizations below.
1907   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
1908     unsigned j;
1909     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
1910     for (j = i; j != e; ++j)
1911       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
1912         break;
1913
1914     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
1915     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
1916     // new landingpad instruction if it does.
1917     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
1918       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
1919         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
1920         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
1921         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
1922                          shorter_filter);
1923         MakeNewInstruction = true;
1924         break;
1925       }
1926
1927     // Look for the next batch of filters.
1928     i = j + 1;
1929   }
1930
1931   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
1932   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
1933   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
1934   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
1935   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
1936   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
1937   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
1938   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
1939   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
1940   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
1941   // specifications.
1942   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
1943     // Examine each filter in turn.
1944     Value *Filter = NewClauses[i];
1945     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
1946     if (!FTy)
1947       // Not a filter - skip it.
1948       continue;
1949     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
1950     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
1951     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
1952     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
1953       Value *LFilter = NewClauses[j];
1954       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
1955       if (!LTy)
1956         // Not a filter - skip it.
1957         continue;
1958       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
1959       // an element of LFilter, then discard LFilter.
1960       SmallVector<Value *, 16>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
1961       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
1962       if (!FElts) {
1963         // Discard LFilter.
1964         NewClauses.erase(J);
1965         MakeNewInstruction = true;
1966         // Move on to the next filter.
1967         continue;
1968       }
1969       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
1970       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
1971       if (FElts > LElts)
1972         // Move on to the next filter.
1973         continue;
1974       // At this point we know that LFilter has at least one element.
1975       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
1976         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
1977         // already know that Filter is not longer than LFilter).
1978         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
1979           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
1980           // Discard LFilter.
1981           NewClauses.erase(J);
1982           MakeNewInstruction = true;
1983         }
1984         // Move on to the next filter.
1985         continue;
1986       }
1987       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
1988       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
1989         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
1990         // LFilter iff LFilter contains a zero.
1991         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
1992         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
1993           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
1994             // LFilter contains a zero - discard it.
1995             NewClauses.erase(J);
1996             MakeNewInstruction = true;
1997             break;
1998           }
1999         // Move on to the next filter.
2000         continue;
2001       }
2002       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2003       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2004       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2005       // using a method that scales nicely.
2006       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2007       bool AllFound = true;
2008       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2009         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2010         AllFound = false;
2011         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2012           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2013           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2014             AllFound = true;
2015             break;
2016           }
2017         }
2018         if (!AllFound)
2019           break;
2020       }
2021       if (AllFound) {
2022         // Discard LFilter.
2023         NewClauses.erase(J);
2024         MakeNewInstruction = true;
2025       }
2026       // Move on to the next filter.
2027     }
2028   }
2029
2030   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2031   // with a new one.
2032   if (MakeNewInstruction) {
2033     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2034                                                  LI.getPersonalityFn(),
2035                                                  NewClauses.size());
2036     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2037       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2038     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2039     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2040     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2041     if (NewClauses.empty())
2042       CleanupFlag = true;
2043     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2044     return NLI;
2045   }
2046
2047   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2048   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2049   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2050     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2051     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2052     return &LI;
2053   }
2054
2055   return 0;
2056 }
2057
2058
2059
2060
2061 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2062 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2063 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2064 /// end of its block.
2065 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2066   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2067
2068   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2069   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2070       isa<TerminatorInst>(I))
2071     return false;
2072
2073   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2074   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2075         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2076     return false;
2077
2078   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2079   // the end of block that could change the value.
2080   if (I->mayReadFromMemory()) {
2081     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2082          Scan != E; ++Scan)
2083       if (Scan->mayWriteToMemory())
2084         return false;
2085   }
2086
2087   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2088   I->moveBefore(InsertPos);
2089   ++NumSunkInst;
2090   return true;
2091 }
2092
2093
2094 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2095 /// all reachable code to the worklist.
2096 ///
2097 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2098 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2099 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2100 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2101 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2102 ///
2103 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2104                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2105                                        InstCombiner &IC,
2106                                        const DataLayout *TD,
2107                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2108   bool MadeIRChange = false;
2109   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2110   Worklist.push_back(BB);
2111
2112   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2113   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2114
2115   do {
2116     BB = Worklist.pop_back_val();
2117
2118     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2119     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2120
2121     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2122       Instruction *Inst = BBI++;
2123
2124       // DCE instruction if trivially dead.
2125       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2126         ++NumDeadInst;
2127         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2128         Inst->eraseFromParent();
2129         continue;
2130       }
2131
2132       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2133       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2134         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
2135           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2136                        << *Inst << '\n');
2137           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2138           ++NumConstProp;
2139           Inst->eraseFromParent();
2140           continue;
2141         }
2142
2143       if (TD) {
2144         // See if we can constant fold its operands.
2145         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2146              i != e; ++i) {
2147           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2148           if (CE == 0) continue;
2149
2150           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2151           if (!FoldRes)
2152             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2153           if (!FoldRes)
2154             FoldRes = CE;
2155
2156           if (FoldRes != CE) {
2157             *i = FoldRes;
2158             MadeIRChange = true;
2159           }
2160         }
2161       }
2162
2163       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2164     }
2165
2166     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2167     // constant, only visit the reachable successor.
2168     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2169     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2170       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2171         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2172         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2173         Worklist.push_back(ReachableBB);
2174         continue;
2175       }
2176     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2177       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2178         // See if this is an explicit destination.
2179         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2180              i != e; ++i)
2181           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2182             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2183             Worklist.push_back(ReachableBB);
2184             continue;
2185           }
2186
2187         // Otherwise it is the default destination.
2188         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2189         continue;
2190       }
2191     }
2192
2193     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2194       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2195   } while (!Worklist.empty());
2196
2197   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2198   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2199   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2200   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2201   // some N^2 behavior in pathological cases.
2202   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2203                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2204
2205   return MadeIRChange;
2206 }
2207
2208 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2209   MadeIRChange = false;
2210
2211   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2212                << F.getName() << "\n");
2213
2214   {
2215     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2216     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2217     // track of which blocks we visit.
2218     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2219     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
2220                                                TLI);
2221
2222     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2223     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2224     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2225     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2226       if (Visited.count(BB)) continue;
2227
2228       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2229       // having to update as many def-use and use-def chains.
2230       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2231       while (EndInst != BB->begin()) {
2232         // Delete the next to last instruction.
2233         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2234         Instruction *Inst = --I;
2235         if (!Inst->use_empty())
2236           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2237         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2238           EndInst = Inst;
2239           continue;
2240         }
2241         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2242           ++NumDeadInst;
2243           MadeIRChange = true;
2244         }
2245         Inst->eraseFromParent();
2246       }
2247     }
2248   }
2249
2250   while (!Worklist.isEmpty()) {
2251     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2252     if (I == 0) continue;  // skip null values.
2253
2254     // Check to see if we can DCE the instruction.
2255     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2256       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2257       EraseInstFromFunction(*I);
2258       ++NumDeadInst;
2259       MadeIRChange = true;
2260       continue;
2261     }
2262
2263     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2264     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2265       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
2266         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2267
2268         // Add operands to the worklist.
2269         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2270         ++NumConstProp;
2271         EraseInstFromFunction(*I);
2272         MadeIRChange = true;
2273         continue;
2274       }
2275
2276     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2277     if (I->hasOneUse()) {
2278       BasicBlock *BB = I->getParent();
2279       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
2280       BasicBlock *UserParent;
2281
2282       // Get the block the use occurs in.
2283       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2284         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
2285       else
2286         UserParent = UserInst->getParent();
2287
2288       if (UserParent != BB) {
2289         bool UserIsSuccessor = false;
2290         // See if the user is one of our successors.
2291         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2292           if (*SI == UserParent) {
2293             UserIsSuccessor = true;
2294             break;
2295           }
2296
2297         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2298         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2299         // otherwise), we can keep going.
2300         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2301           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2302           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2303       }
2304     }
2305
2306     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2307     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2308     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2309
2310 #ifndef NDEBUG
2311     std::string OrigI;
2312 #endif
2313     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2314     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2315
2316     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2317       ++NumCombined;
2318       // Should we replace the old instruction with a new one?
2319       if (Result != I) {
2320         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2321                      << "    New = " << *Result << '\n');
2322
2323         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2324           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2325         // Everything uses the new instruction now.
2326         I->replaceAllUsesWith(Result);
2327
2328         // Move the name to the new instruction first.
2329         Result->takeName(I);
2330
2331         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2332         Worklist.Add(Result);
2333         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2334
2335         // Insert the new instruction into the basic block...
2336         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2337         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2338
2339         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2340         // insertion point.
2341         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2342           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2343
2344         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2345
2346         EraseInstFromFunction(*I);
2347       } else {
2348 #ifndef NDEBUG
2349         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2350                      << "    New = " << *I << '\n');
2351 #endif
2352
2353         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2354         // if so, remove it.
2355         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2356           EraseInstFromFunction(*I);
2357         } else {
2358           Worklist.Add(I);
2359           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2360         }
2361       }
2362       MadeIRChange = true;
2363     }
2364   }
2365
2366   Worklist.Zap();
2367   return MadeIRChange;
2368 }
2369
2370 namespace {
2371 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2372   InstCombiner *IC;
2373 public:
2374   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *TD,
2375                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2376                                 InstCombiner *IC)
2377     : LibCallSimplifier(TD, TLI) {
2378     this->IC = IC;
2379   }
2380
2381   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2382   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2383   virtual void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const {
2384     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2385   }
2386 };
2387 }
2388
2389 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2390   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2391   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2392
2393   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2394   /// instructions into the worklist when they are created.
2395   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2396     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2397                InstCombineIRInserter(Worklist));
2398   Builder = &TheBuilder;
2399
2400   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(TD, TLI, this);
2401   Simplifier = &TheSimplifier;
2402
2403   bool EverMadeChange = false;
2404
2405   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2406   // by instcombiner.
2407   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2408
2409   // Iterate while there is work to do.
2410   unsigned Iteration = 0;
2411   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2412     EverMadeChange = true;
2413
2414   Builder = 0;
2415   return EverMadeChange;
2416 }
2417
2418 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2419   return new InstCombiner();
2420 }