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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm-c/Initialization.h"
40 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
41 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
42 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/DataLayout.h"
47 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
50 #include "llvm/Support/Debug.h"
51 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
52 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include <algorithm>
57 #include <climits>
58 using namespace llvm;
59 using namespace llvm::PatternMatch;
60
61 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
62 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
63 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
64 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
65 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
66 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
67 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
68
69 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
70                                    cl::init(false),
71                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
72                                             "shrinking for math lib calls"));
73
74 // Initialization Routines
75 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
76   initializeInstCombinerPass(Registry);
77 }
78
79 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
80   initializeInstCombine(*unwrap(R));
81 }
82
83 char InstCombiner::ID = 0;
84 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
85                 "Combine redundant instructions", false, false)
86 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
87 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
88                 "Combine redundant instructions", false, false)
89
90 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
91   AU.setPreservesCFG();
92   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
93 }
94
95
96 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
97   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
98 }
99
100 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
101 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
102 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
103 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
104   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
105
106   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
107   if (!TD) return false;
108
109   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
110   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
111   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
112   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
113
114   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
115   // type, don't do the transformation.
116   if (FromLegal && !ToLegal)
117     return false;
118
119   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
120   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
121   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
122     return false;
123
124   return true;
125 }
126
127 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
128 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
129 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
130 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
131 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
132 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
133   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
134   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
135     return false;
136   }
137
138   // We reason about Add and Sub Only.
139   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
140   if (Opcode != Instruction::Add &&
141       Opcode != Instruction::Sub) {
142     return false;
143   }
144
145   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
146   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
147
148   if (!CB || !CC) {
149     return false;
150   }
151
152   const APInt &BVal = CB->getValue();
153   const APInt &CVal = CC->getValue();
154   bool Overflow = false;
155
156   if (Opcode == Instruction::Add) {
157     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
158   } else {
159     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
160   }
161
162   return !Overflow;
163 }
164
165 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
166 /// operators which are associative or commutative:
167 //
168 //  Commutative operators:
169 //
170 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
171 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
172 //     binary operators.
173 //
174 //  Associative operators:
175 //
176 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
177 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
178 //
179 //  Associative and commutative operators:
180 //
181 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
182 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
183 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
184 //     if C1 and C2 are constants.
185 //
186 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
187   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
188   bool Changed = false;
189
190   do {
191     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
192     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
193     // binary operators.
194     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
195         getComplexity(I.getOperand(1)))
196       Changed = !I.swapOperands();
197
198     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
199     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
200
201     if (I.isAssociative()) {
202       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
203       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
204         Value *A = Op0->getOperand(0);
205         Value *B = Op0->getOperand(1);
206         Value *C = I.getOperand(1);
207
208         // Does "B op C" simplify?
209         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
210           // It simplifies to V.  Form "A op V".
211           I.setOperand(0, A);
212           I.setOperand(1, V);
213           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
214           // preserved by the reassociation.
215           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
216               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
217             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
218             // the operands to Op0.
219             I.clearSubclassOptionalData();
220             I.setHasNoSignedWrap(true);
221           } else {
222             I.clearSubclassOptionalData();
223           }
224
225           Changed = true;
226           ++NumReassoc;
227           continue;
228         }
229       }
230
231       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
232       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
233         Value *A = I.getOperand(0);
234         Value *B = Op1->getOperand(0);
235         Value *C = Op1->getOperand(1);
236
237         // Does "A op B" simplify?
238         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
239           // It simplifies to V.  Form "V op C".
240           I.setOperand(0, V);
241           I.setOperand(1, C);
242           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
243           // preserved by the reassociation.
244           I.clearSubclassOptionalData();
245           Changed = true;
246           ++NumReassoc;
247           continue;
248         }
249       }
250     }
251
252     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
253       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
254       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
255         Value *A = Op0->getOperand(0);
256         Value *B = Op0->getOperand(1);
257         Value *C = I.getOperand(1);
258
259         // Does "C op A" simplify?
260         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
261           // It simplifies to V.  Form "V op B".
262           I.setOperand(0, V);
263           I.setOperand(1, B);
264           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
265           // preserved by the reassociation.
266           I.clearSubclassOptionalData();
267           Changed = true;
268           ++NumReassoc;
269           continue;
270         }
271       }
272
273       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
274       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
275         Value *A = I.getOperand(0);
276         Value *B = Op1->getOperand(0);
277         Value *C = Op1->getOperand(1);
278
279         // Does "C op A" simplify?
280         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
281           // It simplifies to V.  Form "B op V".
282           I.setOperand(0, B);
283           I.setOperand(1, V);
284           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
285           // preserved by the reassociation.
286           I.clearSubclassOptionalData();
287           Changed = true;
288           ++NumReassoc;
289           continue;
290         }
291       }
292
293       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
294       // if C1 and C2 are constants.
295       if (Op0 && Op1 &&
296           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
297           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
298           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
299           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
300         Value *A = Op0->getOperand(0);
301         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
302         Value *B = Op1->getOperand(0);
303         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
304
305         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
306         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
307         InsertNewInstWith(New, I);
308         New->takeName(Op1);
309         I.setOperand(0, New);
310         I.setOperand(1, Folded);
311         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
312         // preserved by the reassociation.
313         I.clearSubclassOptionalData();
314
315         Changed = true;
316         continue;
317       }
318     }
319
320     // No further simplifications.
321     return Changed;
322   } while (1);
323 }
324
325 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
326 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
327 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
328                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
329   switch (LOp) {
330   default:
331     return false;
332
333   case Instruction::And:
334     // And distributes over Or and Xor.
335     switch (ROp) {
336     default:
337       return false;
338     case Instruction::Or:
339     case Instruction::Xor:
340       return true;
341     }
342
343   case Instruction::Mul:
344     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
345     switch (ROp) {
346     default:
347       return false;
348     case Instruction::Add:
349     case Instruction::Sub:
350       return true;
351     }
352
353   case Instruction::Or:
354     // Or distributes over And.
355     switch (ROp) {
356     default:
357       return false;
358     case Instruction::And:
359       return true;
360     }
361   }
362 }
363
364 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
365 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
366 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
367                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
368   if (Instruction::isCommutative(ROp))
369     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
370   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
371   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
372   // such subtleties.
373   return false;
374 }
375
376 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
377 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
378 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
379 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
380 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
381 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
382   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
383   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
384   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
385   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
386
387   // Factorization.
388   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
389     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
390     // a common term.
391     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
392     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
393     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
394
395     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
396     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
397
398     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
399     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
400       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
401       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
402       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
403         if (A != C)
404           std::swap(C, D);
405         // Consider forming "A op' (B op D)".
406         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
407         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
408         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
409         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
410         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
411           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
412         if (V) {
413           ++NumFactor;
414           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
415           V->takeName(&I);
416           return V;
417         }
418       }
419
420     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
421     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
422       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
423       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
424       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
425         if (B != D)
426           std::swap(C, D);
427         // Consider forming "(A op C) op' B".
428         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
429         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
430         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
431         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
432         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
433           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
434         if (V) {
435           ++NumFactor;
436           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
437           V->takeName(&I);
438           return V;
439         }
440       }
441   }
442
443   // Expansion.
444   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
445     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
446     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
447     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
448     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
449
450     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
451     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
452       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
453         // They do! Return "L op' R".
454         ++NumExpand;
455         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
456         if ((L == A && R == B) ||
457             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
458           return Op0;
459         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
460         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
461           return V;
462         // Otherwise, create a new instruction.
463         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
464         C->takeName(&I);
465         return C;
466       }
467   }
468
469   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
470     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
471     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
472     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
473     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
474
475     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
476     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
477       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
478         // They do! Return "L op' R".
479         ++NumExpand;
480         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
481         if ((L == B && R == C) ||
482             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
483           return Op1;
484         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
485         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
486           return V;
487         // Otherwise, create a new instruction.
488         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
489         A->takeName(&I);
490         return A;
491       }
492   }
493
494   return 0;
495 }
496
497 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
498 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
499 //
500 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
501   if (BinaryOperator::isNeg(V))
502     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
503
504   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
505   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
506     return ConstantExpr::getNeg(C);
507
508   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
509     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
510       return ConstantExpr::getNeg(C);
511
512   return 0;
513 }
514
515 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
516 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
517 // form).
518 //
519 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
520   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
521     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
522
523   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
524   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
525     return ConstantExpr::getFNeg(C);
526
527   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
528     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
529       return ConstantExpr::getFNeg(C);
530
531   return 0;
532 }
533
534 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
535                                              InstCombiner *IC) {
536   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
537     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
538   }
539
540   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
541   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
542   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
543
544   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
545     if (ConstIsRHS)
546       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
547     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
548   }
549
550   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
551   if (!ConstIsRHS)
552     std::swap(Op0, Op1);
553
554   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
555     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
556                                     SO->getName()+".op");
557   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
558     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
559                                    SO->getName()+".cmp");
560   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
561     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
562                                    SO->getName()+".cmp");
563   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
564 }
565
566 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
567 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
568 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
569 // not have a second operand.
570 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
571   // Don't modify shared select instructions
572   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
573   Value *TV = SI->getOperand(1);
574   Value *FV = SI->getOperand(2);
575
576   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
577     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
578     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
579
580     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
581     // elements on both sides.
582     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
583       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
584       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
585
586       // Verify that either both or neither are vectors.
587       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
588       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
589       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
590         return 0;
591     }
592
593     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
594     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
595
596     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
597                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
598   }
599   return 0;
600 }
601
602
603 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
604 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
605 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
606 ///
607 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
608   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
609   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
610   if (NumPHIValues == 0)
611     return 0;
612
613   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
614   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
615   // uses into the PHI.
616   if (!PN->hasOneUse()) {
617     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
618     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
619          UI != E; ++UI) {
620       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
621       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
622         return 0;
623     }
624     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
625   }
626
627   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
628   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
629   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
630   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
631   // their computation can be expensive without a cost model.
632   BasicBlock *NonConstBB = 0;
633   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
634     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
635     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
636       continue;
637
638     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
639     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
640
641     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
642
643     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
644     // insert a computation after it without breaking the edge.
645     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
646       if (II->getParent() == NonConstBB)
647         return 0;
648
649     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
650     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
651     // instcombine.
652     if (NonConstBB == I.getParent())
653       return 0;
654   }
655
656   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
657   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
658   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
659   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
660   if (NonConstBB != 0) {
661     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
662     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
663   }
664
665   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
666   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
667   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
668   NewPN->takeName(PN);
669
670   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
671   // predecessors terminator.
672   if (NonConstBB)
673     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
674
675   // Next, add all of the operands to the PHI.
676   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
677     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
678     // not the true/false values.
679     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
680     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
681     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
682     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
683       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
684       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
685       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
686       Value *InV = 0;
687       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
688         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
689       else
690         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
691                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
692       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
693     }
694   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
695     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
696     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
697       Value *InV = 0;
698       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
699         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
700       else if (isa<ICmpInst>(CI))
701         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
702                                   C, "phitmp");
703       else
704         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
705                                   C, "phitmp");
706       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
707     }
708   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
709     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
710     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
711       Value *InV = 0;
712       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
713         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
714       else
715         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
716                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
717       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
718     }
719   } else {
720     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
721     Type *RetTy = CI->getType();
722     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
723       Value *InV;
724       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
725         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
726       else
727         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
728                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
729       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
730     }
731   }
732
733   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
734        UI != E; ) {
735     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
736     if (User == &I) continue;
737     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
738     EraseInstFromFunction(*User);
739   }
740   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
741 }
742
743 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
744 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
745 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
746 /// resultant element type, otherwise return null.
747 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *Ty, int64_t Offset,
748                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
749   if (!TD) return 0;
750   if (!Ty->isSized()) return 0;
751
752   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
753   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
754   // is something like [0 x {int, int}]
755   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
756   int64_t FirstIdx = 0;
757   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
758     FirstIdx = Offset/TySize;
759     Offset -= FirstIdx*TySize;
760
761     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
762     if (Offset < 0) {
763       --FirstIdx;
764       Offset += TySize;
765       assert(Offset >= 0);
766     }
767     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
768   }
769
770   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
771
772   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
773   while (Offset) {
774     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
775     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
776       return 0;
777
778     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
779       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
780       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
781              "Offset must stay within the indexed type");
782
783       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
784       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
785                                             Elt));
786
787       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
788       Ty = STy->getElementType(Elt);
789     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
790       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
791       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
792       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
793       Offset %= EltSize;
794       Ty = AT->getElementType();
795     } else {
796       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
797       return 0;
798     }
799   }
800
801   return Ty;
802 }
803
804 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
805   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
806   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
807   // the indices.
808   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
809       !Src.hasOneUse())
810     return false;
811   return true;
812 }
813
814 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
815 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
816 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
817   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
818   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
819          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
820
821   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
822   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
823     NoSignedWrap = true;
824     return Val;
825   }
826
827   // If Scale is zero then it does not divide Val.
828   if (Scale.isMinValue())
829     return 0;
830
831   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
832   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
833   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
834   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
835   // down from Val:
836   //
837   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
838   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
839   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
840   //
841   // Then to modify a term at the bottom:
842   //
843   //     Val = M1 * X
844   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
845   //
846   // Then to work back up correcting nsw flags.
847
848   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
849   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
850   Value *Op = Val;
851
852   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
853   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
854   // 0'th operand of Val.
855   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
856
857   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
858   // levels that doesn't overflow.
859   bool RequireNoSignedWrap = false;
860
861   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
862   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
863
864   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
865
866     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
867       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
868       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
869       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
870       if (!Remainder.isMinValue())
871         // Not divisible by Scale.
872         return 0;
873       // Replace with the quotient in the parent.
874       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
875       NoSignedWrap = true;
876       break;
877     }
878
879     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
880
881       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
882         // Multiplication.
883         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
884         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
885           return 0;
886
887         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
888         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
889         // multiplication by something else.
890         Value *LHS = BO->getOperand(0);
891         Value *RHS = BO->getOperand(1);
892
893         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
894           // Multiplication by a constant.
895           if (CI->getValue() == Scale) {
896             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
897             // by its left-hand side in the parent.
898             Op = LHS;
899             break;
900           }
901
902           // Otherwise drill down into the constant.
903           if (!Op->hasOneUse())
904             return 0;
905
906           Parent = std::make_pair(BO, 1);
907           continue;
908         }
909
910         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
911         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
912         if (!Op->hasOneUse())
913           return 0;
914
915         Parent = std::make_pair(BO, 0);
916         continue;
917       }
918
919       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
920           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
921         // Multiplication by a power of 2.
922         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
923         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
924           return 0;
925
926         Value *LHS = BO->getOperand(0);
927         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
928           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
929         // Op = LHS << Amt.
930
931         if (Amt == logScale) {
932           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
933           // by its left-hand side in the parent.
934           Op = LHS;
935           break;
936         }
937         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
938           return 0;
939
940         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
941         // by the scale in the parent.
942         Parent = std::make_pair(BO, 1);
943         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
944         break;
945       }
946     }
947
948     if (!Op->hasOneUse())
949       return 0;
950
951     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
952       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
953         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
954         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
955         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
956         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
957         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
958         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
959         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
960         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
961         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
962           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
963           return 0;
964         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
965         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
966         RequireNoSignedWrap = true;
967
968         // Drill down through the cast.
969         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
970         Scale = SmallScale;
971         continue;
972       }
973
974       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
975         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
976         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
977         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
978         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
979         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
980         // from this point up in the expression (see later).
981         if (RequireNoSignedWrap)
982           return 0;
983
984         // Drill down through the cast.
985         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
986         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
987         Scale = Scale.sext(LargeSize);
988         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
989           logScale = -1;
990         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
991         continue;
992       }
993     }
994
995     // Unsupported expression, bail out.
996     return 0;
997   }
998
999   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1000   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1001   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1002   // not to overflow.
1003
1004   if (!Parent.first)
1005     // The expression only had one term.
1006     return Op;
1007
1008   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1009   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1010   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1011          "Descaling was a no-op?");
1012   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1013   Worklist.Add(Parent.first);
1014
1015   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1016   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1017   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1018   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1019   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1020   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1021   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1022   do {
1023     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1024       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1025       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1026       // from this point on up.
1027       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1028       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1029       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1030         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1031         Worklist.Add(Ancestor);
1032       }
1033     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1034       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1035       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1036       // the absolute values of the truncations.
1037       NoSignedWrap = false;
1038     }
1039     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1040            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1041
1042     if (Ancestor == Val)
1043       // Got to the top, all done!
1044       return Val;
1045
1046     // Move up one level in the expression.
1047     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1048     Ancestor = Ancestor->use_back();
1049   } while (1);
1050 }
1051
1052 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1053   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1054
1055   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
1056     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1057
1058   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1059
1060   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1061   // by multiples of a zero size type with zero.
1062   if (TD) {
1063     bool MadeChange = false;
1064     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1065
1066     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1067     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1068          I != E; ++I, ++GTI) {
1069       // Skip indices into struct types.
1070       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1071       if (!SeqTy) continue;
1072
1073       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1074       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1075       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1076           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1077         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1078           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1079           MadeChange = true;
1080         }
1081
1082       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1083       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1084         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1085         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1086         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1087         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1088         MadeChange = true;
1089       }
1090     }
1091     if (MadeChange) return &GEP;
1092   }
1093
1094   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1095   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1096   // getelementptr instructions into a single instruction.
1097   //
1098   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1099     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1100       return 0;
1101
1102     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1103     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1104     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1105     if (GEPOperator *SrcGEP =
1106           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1107       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1108         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
1109
1110     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1111
1112     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1113     bool EndsWithSequential = false;
1114     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1115          I != E; ++I)
1116       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1117
1118     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1119     if (EndsWithSequential) {
1120       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1121       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1122       //
1123       Value *Sum;
1124       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1125       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1126       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1127         Sum = GO1;
1128       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1129         Sum = SO1;
1130       } else {
1131         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1132         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1133         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1134         // normalized.
1135         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1136           return 0;
1137         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1138       }
1139
1140       // Update the GEP in place if possible.
1141       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1142         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1143         GEP.setOperand(1, Sum);
1144         return &GEP;
1145       }
1146       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1147       Indices.push_back(Sum);
1148       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1149     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1150                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1151                Src->getNumOperands() != 1) {
1152       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1153       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1154       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1155     }
1156
1157     if (!Indices.empty())
1158       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1159         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1160                                           GEP.getName()) :
1161         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1162   }
1163
1164   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1165   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1166   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1167
1168   // We do not handle pointer-vector geps here.
1169   if (!StrippedPtrTy)
1170     return 0;
1171
1172   if (StrippedPtr != PtrOp &&
1173     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1174
1175     bool HasZeroPointerIndex = false;
1176     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1177       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1178
1179     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1180     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1181     //
1182     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1183     //           into     : GEP i8* X, ...
1184     //
1185     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1186     if (HasZeroPointerIndex) {
1187       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1188       if (ArrayType *CATy =
1189           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1190         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1191         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1192           // -> GEP i8* X, ...
1193           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1194           GetElementPtrInst *Res =
1195             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1196           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1197           return Res;
1198         }
1199
1200         if (ArrayType *XATy =
1201               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1202           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1203           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1204             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1205             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1206             // to an array of the same type as the destination pointer
1207             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1208             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1209             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1210             return &GEP;
1211           }
1212         }
1213       }
1214     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1215       // Transform things like:
1216       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1217       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1218       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1219       Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
1220       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
1221           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
1222           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1223         Value *Idx[2];
1224         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1225         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
1226         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1227           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1228           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1229         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1230         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1231       }
1232
1233       // Transform things like:
1234       // %V = mul i64 %N, 4
1235       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1236       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1237       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1238         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1239         // factor.
1240         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1241         uint64_t SrcSize = TD->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1242         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1243           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1244           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1245           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1246
1247           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1248           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1249           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1250                  "Index not cast to pointer width?");
1251
1252           bool NSW;
1253           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1254             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1255             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1256             // GEP may not be "inbounds".
1257             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1258               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1259               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1260             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1261             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1262           }
1263         }
1264       }
1265
1266       // Similarly, transform things like:
1267       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1268       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1269       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1270       if (TD && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1271           SrcElTy->isArrayTy()) {
1272         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1273         // index by a scale factor.
1274         uint64_t ResSize = TD->getTypeAllocSize(ResElTy);
1275         uint64_t ArrayEltSize =
1276           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
1277         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1278           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1279           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1280           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1281
1282           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1283           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1284           assert(Idx->getType() == TD->getIntPtrType(GEP.getContext()) &&
1285                  "Index not cast to pointer width?");
1286
1287           bool NSW;
1288           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1289             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1290             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1291             // GEP may not be "inbounds".
1292             Value *Off[2];
1293             Off[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1294             Off[1] = NewIdx;
1295             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1296               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1297               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1298             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1299             return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1300           }
1301         }
1302       }
1303     }
1304   }
1305
1306   /// See if we can simplify:
1307   ///   X = bitcast A* to B*
1308   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1309   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1310   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1311   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1312     if (TD &&
1313         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices() &&
1314         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1315
1316       // Determine how much the GEP moves the pointer.
1317       SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1318       int64_t Offset = TD->getIndexedOffset(GEP.getPointerOperandType(), Ops);
1319
1320       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1321       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1322       if (Offset == 0) {
1323         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1324         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1325         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
1326             isAllocationFn(BCI->getOperand(0), TLI)) {
1327           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1328           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1329             if (I != BCI) {
1330               I->takeName(BCI);
1331               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1332               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1333             }
1334             return &GEP;
1335           }
1336         }
1337         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
1338       }
1339
1340       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1341       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1342       // GEP.
1343       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1344       Type *InTy =
1345         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
1346       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
1347         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1348           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices) :
1349           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices);
1350
1351         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1352           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1353         NGEP->takeName(&GEP);
1354         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1355       }
1356     }
1357   }
1358
1359   return 0;
1360 }
1361
1362
1363
1364 static bool
1365 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1366                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1367   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1368   Worklist.push_back(AI);
1369
1370   do {
1371     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1372     for (Value::use_iterator UI = PI->use_begin(), UE = PI->use_end(); UI != UE;
1373          ++UI) {
1374       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
1375       switch (I->getOpcode()) {
1376       default:
1377         // Give up the moment we see something we can't handle.
1378         return false;
1379
1380       case Instruction::BitCast:
1381       case Instruction::GetElementPtr:
1382         Users.push_back(I);
1383         Worklist.push_back(I);
1384         continue;
1385
1386       case Instruction::ICmp: {
1387         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1388         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1389         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1390           return false;
1391         Users.push_back(I);
1392         continue;
1393       }
1394
1395       case Instruction::Call:
1396         // Ignore no-op and store intrinsics.
1397         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1398           switch (II->getIntrinsicID()) {
1399           default:
1400             return false;
1401
1402           case Intrinsic::memmove:
1403           case Intrinsic::memcpy:
1404           case Intrinsic::memset: {
1405             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1406             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1407               return false;
1408           }
1409           // fall through
1410           case Intrinsic::dbg_declare:
1411           case Intrinsic::dbg_value:
1412           case Intrinsic::invariant_start:
1413           case Intrinsic::invariant_end:
1414           case Intrinsic::lifetime_start:
1415           case Intrinsic::lifetime_end:
1416           case Intrinsic::objectsize:
1417             Users.push_back(I);
1418             continue;
1419           }
1420         }
1421
1422         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1423           Users.push_back(I);
1424           continue;
1425         }
1426         return false;
1427
1428       case Instruction::Store: {
1429         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1430         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1431           return false;
1432         Users.push_back(I);
1433         continue;
1434       }
1435       }
1436       llvm_unreachable("missing a return?");
1437     }
1438   } while (!Worklist.empty());
1439   return true;
1440 }
1441
1442 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1443   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1444   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1445   // true or false as appropriate.
1446   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1447   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1448     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1449       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1450       if (!I) continue;
1451
1452       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1453         ReplaceInstUsesWith(*C,
1454                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1455                                              C->isFalseWhenEqual()));
1456       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1457         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1458       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1459         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1460           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1461           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1462           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1463         }
1464       }
1465       EraseInstFromFunction(*I);
1466     }
1467
1468     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1469       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1470       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1471       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1472       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1473                          ArrayRef<Value *>(), "", II->getParent());
1474     }
1475     return EraseInstFromFunction(MI);
1476   }
1477   return 0;
1478 }
1479
1480
1481
1482 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1483   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1484
1485   // free undef -> unreachable.
1486   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1487     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1488     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1489                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1490     return EraseInstFromFunction(FI);
1491   }
1492
1493   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1494   // when lots of inlining happens.
1495   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1496     return EraseInstFromFunction(FI);
1497
1498   return 0;
1499 }
1500
1501
1502
1503 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1504   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1505   Value *X = 0;
1506   BasicBlock *TrueDest;
1507   BasicBlock *FalseDest;
1508   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1509       !isa<Constant>(X)) {
1510     // Swap Destinations and condition...
1511     BI.setCondition(X);
1512     BI.swapSuccessors();
1513     return &BI;
1514   }
1515
1516   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1517   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1518   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1519                              TrueDest, FalseDest)) &&
1520       BI.getCondition()->hasOneUse())
1521     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1522         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1523       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1524       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1525
1526       // Swap Destinations and condition.
1527       BI.swapSuccessors();
1528       Worklist.Add(Cond);
1529       return &BI;
1530     }
1531
1532   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1533   ICmpInst::Predicate IPred;
1534   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1535                       TrueDest, FalseDest)) &&
1536       BI.getCondition()->hasOneUse())
1537     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1538         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1539         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1540       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1541       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1542       // Swap Destinations and condition.
1543       BI.swapSuccessors();
1544       Worklist.Add(Cond);
1545       return &BI;
1546     }
1547
1548   return 0;
1549 }
1550
1551 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1552   Value *Cond = SI.getCondition();
1553   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1554     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1555       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1556         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1557         // Skip the first item since that's the default case.
1558         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1559              i != e; ++i) {
1560           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1561           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1562                                                       AddRHS);
1563           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1564                  "Result of expression should be constant");
1565           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1566         }
1567         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1568         Worklist.Add(I);
1569         return &SI;
1570       }
1571   }
1572   return 0;
1573 }
1574
1575 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1576   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1577
1578   if (!EV.hasIndices())
1579     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1580
1581   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1582     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1583       if (EV.getNumIndices() == 0)
1584         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
1585       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1586       // first index
1587       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
1588     }
1589     return 0; // Can't handle other constants
1590   }
1591
1592   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1593     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1594     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1595     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1596          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1597          exti != exte && insi != inse;
1598          ++exti, ++insi) {
1599       if (*insi != *exti)
1600         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1601         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1602         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1603         // operand of the insert. i.e., replace
1604         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1605         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1606         // with
1607         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1608         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1609                                         EV.getIndices());
1610     }
1611     if (exti == exte && insi == inse)
1612       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1613       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1614       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1615       // with "i32 42"
1616       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1617     if (exti == exte) {
1618       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1619       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1620       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1621       // with
1622       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1623       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1624       // by switching the order of the insert and extract (though the
1625       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1626       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1627                                                  EV.getIndices());
1628       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1629                                      makeArrayRef(insi, inse));
1630     }
1631     if (insi == inse)
1632       // The insert list is a prefix of the extract list
1633       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1634       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1635       // i.e., replace
1636       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1637       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1638       // with
1639       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1640       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1641                                       makeArrayRef(exti, exte));
1642   }
1643   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1644     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1645     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1646     // just get one value.
1647     if (II->hasOneUse()) {
1648       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1649       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1650       // and replace it with a traditional binary instruction.
1651       switch (II->getIntrinsicID()) {
1652       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1653       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1654         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1655           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1656           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1657           EraseInstFromFunction(*II);
1658           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1659         }
1660
1661         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1662         // we can transform this into a range comparison.
1663         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1664         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1665           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1666             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1667                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1668         break;
1669       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1670       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1671         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1672           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1673           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1674           EraseInstFromFunction(*II);
1675           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1676         }
1677         break;
1678       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1679       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1680         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1681           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1682           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1683           EraseInstFromFunction(*II);
1684           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1685         }
1686         break;
1687       default:
1688         break;
1689       }
1690     }
1691   }
1692   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1693     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1694     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1695     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1696     //        could be done regardless of having multiple uses.
1697     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1698       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1699       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1700       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1701       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1702       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1703             I != E; ++I)
1704         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1705
1706       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1707       // the extractvalue.
1708       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1709       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1710       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1711       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1712       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1713     }
1714   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1715   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1716   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1717   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1718   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1719   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1720   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1721   // aren't handled yet.
1722   return 0;
1723 }
1724
1725 enum Personality_Type {
1726   Unknown_Personality,
1727   GNU_Ada_Personality,
1728   GNU_CXX_Personality,
1729   GNU_ObjC_Personality
1730 };
1731
1732 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1733 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1734 /// otherwise return Unknown_Personality.
1735 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1736   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1737   if (!F)
1738     return Unknown_Personality;
1739   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1740     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1741     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1742     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1743     .Default(Unknown_Personality);
1744 }
1745
1746 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1747 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1748   switch (Personality) {
1749   case Unknown_Personality:
1750     return false;
1751   case GNU_Ada_Personality:
1752     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1753     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1754     return false;
1755   case GNU_CXX_Personality:
1756   case GNU_ObjC_Personality:
1757     return TypeInfo->isNullValue();
1758   }
1759   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1760 }
1761
1762 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1763   return
1764     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1765   <
1766     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1767 }
1768
1769 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1770   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1771   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1772   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1773   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1774
1775   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1776   // (these are often created by inlining).
1777   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1778   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1779   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1780
1781   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1782   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1783     bool isLastClause = i + 1 == e;
1784     if (LI.isCatch(i)) {
1785       // A catch clause.
1786       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1787       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1788
1789       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1790       // copy of it.
1791       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1792         // This catch clause was not already seen.
1793         NewClauses.push_back(CatchClause);
1794       } else {
1795         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1796         MakeNewInstruction = true;
1797       }
1798
1799       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1800       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1801       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1802         if (!isLastClause)
1803           MakeNewInstruction = true;
1804         CleanupFlag = false;
1805         break;
1806       }
1807     } else {
1808       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1809       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1810       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1811       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1812       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1813       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1814       // class derived from it).
1815       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1816       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1817       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1818       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1819
1820       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1821       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1822       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1823       if (!NumTypeInfos) {
1824         NewClauses.push_back(FilterClause);
1825         if (!isLastClause)
1826           MakeNewInstruction = true;
1827         CleanupFlag = false;
1828         break;
1829       }
1830
1831       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1832       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1833       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1834         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1835         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1836         Constant *TypeInfo =
1837           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1838         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1839         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1840           // Throw the filter away.
1841           MakeNewInstruction = true;
1842           continue;
1843         }
1844
1845         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1846         // discard all but the first copy if there is more than one.
1847         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1848         if (NumTypeInfos > 1)
1849           MakeNewFilter = true;
1850       } else {
1851         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1852         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1853         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1854
1855         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1856         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1857         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1858         bool SawCatchAll = false;
1859         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1860           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1861           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1862           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1863             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1864             SawCatchAll = true;
1865             break;
1866           }
1867           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1868             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1869             // is pointless.
1870             continue;
1871           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1872           // a filter, so only add it if we didn't already.
1873           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1874             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1875         }
1876         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1877         if (SawCatchAll) {
1878           // Throw the filter away.
1879           MakeNewInstruction = true;
1880           continue;
1881         }
1882
1883         // If we dropped something from the filter, make a new one.
1884         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
1885           MakeNewFilter = true;
1886       }
1887       if (MakeNewFilter) {
1888         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
1889                                     NewFilterElts.size());
1890         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
1891         MakeNewInstruction = true;
1892       }
1893
1894       NewClauses.push_back(FilterClause);
1895
1896       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
1897       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
1898       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
1899       // already handled above.
1900       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
1901         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
1902         CleanupFlag = false;
1903         break;
1904       }
1905     }
1906   }
1907
1908   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
1909   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
1910   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
1911   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
1912   // filter optimizations below.
1913   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
1914     unsigned j;
1915     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
1916     for (j = i; j != e; ++j)
1917       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
1918         break;
1919
1920     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
1921     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
1922     // new landingpad instruction if it does.
1923     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
1924       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
1925         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
1926         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
1927         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
1928                          shorter_filter);
1929         MakeNewInstruction = true;
1930         break;
1931       }
1932
1933     // Look for the next batch of filters.
1934     i = j + 1;
1935   }
1936
1937   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
1938   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
1939   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
1940   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
1941   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
1942   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
1943   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
1944   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
1945   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
1946   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
1947   // specifications.
1948   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
1949     // Examine each filter in turn.
1950     Value *Filter = NewClauses[i];
1951     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
1952     if (!FTy)
1953       // Not a filter - skip it.
1954       continue;
1955     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
1956     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
1957     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
1958     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
1959       Value *LFilter = NewClauses[j];
1960       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
1961       if (!LTy)
1962         // Not a filter - skip it.
1963         continue;
1964       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
1965       // an element of LFilter, then discard LFilter.
1966       SmallVector<Value *, 16>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
1967       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
1968       if (!FElts) {
1969         // Discard LFilter.
1970         NewClauses.erase(J);
1971         MakeNewInstruction = true;
1972         // Move on to the next filter.
1973         continue;
1974       }
1975       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
1976       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
1977       if (FElts > LElts)
1978         // Move on to the next filter.
1979         continue;
1980       // At this point we know that LFilter has at least one element.
1981       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
1982         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
1983         // already know that Filter is not longer than LFilter).
1984         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
1985           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
1986           // Discard LFilter.
1987           NewClauses.erase(J);
1988           MakeNewInstruction = true;
1989         }
1990         // Move on to the next filter.
1991         continue;
1992       }
1993       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
1994       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
1995         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
1996         // LFilter iff LFilter contains a zero.
1997         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
1998         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
1999           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2000             // LFilter contains a zero - discard it.
2001             NewClauses.erase(J);
2002             MakeNewInstruction = true;
2003             break;
2004           }
2005         // Move on to the next filter.
2006         continue;
2007       }
2008       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2009       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2010       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2011       // using a method that scales nicely.
2012       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2013       bool AllFound = true;
2014       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2015         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2016         AllFound = false;
2017         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2018           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2019           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2020             AllFound = true;
2021             break;
2022           }
2023         }
2024         if (!AllFound)
2025           break;
2026       }
2027       if (AllFound) {
2028         // Discard LFilter.
2029         NewClauses.erase(J);
2030         MakeNewInstruction = true;
2031       }
2032       // Move on to the next filter.
2033     }
2034   }
2035
2036   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2037   // with a new one.
2038   if (MakeNewInstruction) {
2039     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2040                                                  LI.getPersonalityFn(),
2041                                                  NewClauses.size());
2042     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2043       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2044     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2045     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2046     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2047     if (NewClauses.empty())
2048       CleanupFlag = true;
2049     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2050     return NLI;
2051   }
2052
2053   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2054   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2055   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2056     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2057     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2058     return &LI;
2059   }
2060
2061   return 0;
2062 }
2063
2064
2065
2066
2067 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2068 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2069 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2070 /// end of its block.
2071 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2072   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2073
2074   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2075   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2076       isa<TerminatorInst>(I))
2077     return false;
2078
2079   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2080   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2081         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2082     return false;
2083
2084   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2085   // the end of block that could change the value.
2086   if (I->mayReadFromMemory()) {
2087     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2088          Scan != E; ++Scan)
2089       if (Scan->mayWriteToMemory())
2090         return false;
2091   }
2092
2093   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2094   I->moveBefore(InsertPos);
2095   ++NumSunkInst;
2096   return true;
2097 }
2098
2099
2100 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2101 /// all reachable code to the worklist.
2102 ///
2103 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2104 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2105 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2106 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2107 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2108 ///
2109 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2110                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2111                                        InstCombiner &IC,
2112                                        const DataLayout *TD,
2113                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2114   bool MadeIRChange = false;
2115   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2116   Worklist.push_back(BB);
2117
2118   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2119   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2120
2121   do {
2122     BB = Worklist.pop_back_val();
2123
2124     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2125     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2126
2127     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2128       Instruction *Inst = BBI++;
2129
2130       // DCE instruction if trivially dead.
2131       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2132         ++NumDeadInst;
2133         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2134         Inst->eraseFromParent();
2135         continue;
2136       }
2137
2138       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2139       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2140         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
2141           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2142                        << *Inst << '\n');
2143           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2144           ++NumConstProp;
2145           Inst->eraseFromParent();
2146           continue;
2147         }
2148
2149       if (TD) {
2150         // See if we can constant fold its operands.
2151         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2152              i != e; ++i) {
2153           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2154           if (CE == 0) continue;
2155
2156           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2157           if (!FoldRes)
2158             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD, TLI);
2159           if (!FoldRes)
2160             FoldRes = CE;
2161
2162           if (FoldRes != CE) {
2163             *i = FoldRes;
2164             MadeIRChange = true;
2165           }
2166         }
2167       }
2168
2169       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2170     }
2171
2172     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2173     // constant, only visit the reachable successor.
2174     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2175     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2176       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2177         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2178         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2179         Worklist.push_back(ReachableBB);
2180         continue;
2181       }
2182     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2183       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2184         // See if this is an explicit destination.
2185         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2186              i != e; ++i)
2187           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2188             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2189             Worklist.push_back(ReachableBB);
2190             continue;
2191           }
2192
2193         // Otherwise it is the default destination.
2194         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2195         continue;
2196       }
2197     }
2198
2199     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2200       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2201   } while (!Worklist.empty());
2202
2203   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2204   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2205   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2206   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2207   // some N^2 behavior in pathological cases.
2208   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2209                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2210
2211   return MadeIRChange;
2212 }
2213
2214 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2215   MadeIRChange = false;
2216
2217   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2218                << F.getName() << "\n");
2219
2220   {
2221     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2222     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2223     // track of which blocks we visit.
2224     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2225     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
2226                                                TLI);
2227
2228     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2229     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2230     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2231     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2232       if (Visited.count(BB)) continue;
2233
2234       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2235       // having to update as many def-use and use-def chains.
2236       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2237       while (EndInst != BB->begin()) {
2238         // Delete the next to last instruction.
2239         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2240         Instruction *Inst = --I;
2241         if (!Inst->use_empty())
2242           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2243         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2244           EndInst = Inst;
2245           continue;
2246         }
2247         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2248           ++NumDeadInst;
2249           MadeIRChange = true;
2250         }
2251         Inst->eraseFromParent();
2252       }
2253     }
2254   }
2255
2256   while (!Worklist.isEmpty()) {
2257     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2258     if (I == 0) continue;  // skip null values.
2259
2260     // Check to see if we can DCE the instruction.
2261     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2262       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2263       EraseInstFromFunction(*I);
2264       ++NumDeadInst;
2265       MadeIRChange = true;
2266       continue;
2267     }
2268
2269     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2270     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2271       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
2272         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2273
2274         // Add operands to the worklist.
2275         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2276         ++NumConstProp;
2277         EraseInstFromFunction(*I);
2278         MadeIRChange = true;
2279         continue;
2280       }
2281
2282     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2283     if (I->hasOneUse()) {
2284       BasicBlock *BB = I->getParent();
2285       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
2286       BasicBlock *UserParent;
2287
2288       // Get the block the use occurs in.
2289       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2290         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
2291       else
2292         UserParent = UserInst->getParent();
2293
2294       if (UserParent != BB) {
2295         bool UserIsSuccessor = false;
2296         // See if the user is one of our successors.
2297         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2298           if (*SI == UserParent) {
2299             UserIsSuccessor = true;
2300             break;
2301           }
2302
2303         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2304         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2305         // otherwise), we can keep going.
2306         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2307           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2308           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2309       }
2310     }
2311
2312     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2313     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2314     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2315
2316 #ifndef NDEBUG
2317     std::string OrigI;
2318 #endif
2319     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2320     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2321
2322     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2323       ++NumCombined;
2324       // Should we replace the old instruction with a new one?
2325       if (Result != I) {
2326         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2327                      << "    New = " << *Result << '\n');
2328
2329         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2330           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2331         // Everything uses the new instruction now.
2332         I->replaceAllUsesWith(Result);
2333
2334         // Move the name to the new instruction first.
2335         Result->takeName(I);
2336
2337         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2338         Worklist.Add(Result);
2339         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2340
2341         // Insert the new instruction into the basic block...
2342         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2343         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2344
2345         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2346         // insertion point.
2347         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2348           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2349
2350         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2351
2352         EraseInstFromFunction(*I);
2353       } else {
2354 #ifndef NDEBUG
2355         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2356                      << "    New = " << *I << '\n');
2357 #endif
2358
2359         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2360         // if so, remove it.
2361         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2362           EraseInstFromFunction(*I);
2363         } else {
2364           Worklist.Add(I);
2365           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2366         }
2367       }
2368       MadeIRChange = true;
2369     }
2370   }
2371
2372   Worklist.Zap();
2373   return MadeIRChange;
2374 }
2375
2376 namespace {
2377 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2378   InstCombiner *IC;
2379 public:
2380   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *TD,
2381                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2382                                 InstCombiner *IC)
2383     : LibCallSimplifier(TD, TLI, UnsafeFPShrink) {
2384     this->IC = IC;
2385   }
2386
2387   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2388   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2389   virtual void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const {
2390     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2391   }
2392 };
2393 }
2394
2395 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2396   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2397   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2398
2399   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2400   /// instructions into the worklist when they are created.
2401   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2402     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2403                InstCombineIRInserter(Worklist));
2404   Builder = &TheBuilder;
2405
2406   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(TD, TLI, this);
2407   Simplifier = &TheSimplifier;
2408
2409   bool EverMadeChange = false;
2410
2411   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2412   // by instcombiner.
2413   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2414
2415   // Iterate while there is work to do.
2416   unsigned Iteration = 0;
2417   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2418     EverMadeChange = true;
2419
2420   Builder = 0;
2421   return EverMadeChange;
2422 }
2423
2424 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2425   return new InstCombiner();
2426 }