InstCombine: Fold ((A | B) & C1) ^ (B & C2) -> (A & C1) ^ B if C1^C2=-1
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "InstCombine.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
44 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
45 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
46 #include "llvm/IR/CFG.h"
47 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
48 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
49 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
50 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
51 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
52 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.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 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
62
63 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
64 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
65 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
66 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
67 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
68 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
69 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
70
71 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
72                                    cl::init(false),
73                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
74                                             "shrinking for math lib calls"));
75
76 // Initialization Routines
77 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
78   initializeInstCombinerPass(Registry);
79 }
80
81 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
82   initializeInstCombine(*unwrap(R));
83 }
84
85 char InstCombiner::ID = 0;
86 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
87                 "Combine redundant instructions", false, false)
88 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
89 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
90                 "Combine redundant instructions", false, false)
91
92 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
93   AU.setPreservesCFG();
94   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
95 }
96
97
98 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
99   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
100 }
101
102 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
103 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
104 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
105 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
106   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
107
108   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
109   if (!DL) return false;
110
111   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
112   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
113   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
114   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
115
116   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
117   // type, don't do the transformation.
118   if (FromLegal && !ToLegal)
119     return false;
120
121   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
122   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
123   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
124     return false;
125
126   return true;
127 }
128
129 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
130 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
131 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
132 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
133 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
134 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
135   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
136   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
137     return false;
138   }
139
140   // We reason about Add and Sub Only.
141   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
142   if (Opcode != Instruction::Add &&
143       Opcode != Instruction::Sub) {
144     return false;
145   }
146
147   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
148   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
149
150   if (!CB || !CC) {
151     return false;
152   }
153
154   const APInt &BVal = CB->getValue();
155   const APInt &CVal = CC->getValue();
156   bool Overflow = false;
157
158   if (Opcode == Instruction::Add) {
159     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
160   } else {
161     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
162   }
163
164   return !Overflow;
165 }
166
167 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
168 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
169 /// preserved.
170 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
171   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
172   if (!FPMO) {
173     I.clearSubclassOptionalData();
174     return;
175   }
176
177   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
178   I.clearSubclassOptionalData();
179   I.setFastMathFlags(FMF);
180 }
181
182 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
183 /// operators which are associative or commutative:
184 //
185 //  Commutative operators:
186 //
187 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
188 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
189 //     binary operators.
190 //
191 //  Associative operators:
192 //
193 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
194 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
195 //
196 //  Associative and commutative operators:
197 //
198 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
199 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
200 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
201 //     if C1 and C2 are constants.
202 //
203 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
204   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
205   bool Changed = false;
206
207   do {
208     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
209     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
210     // binary operators.
211     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
212         getComplexity(I.getOperand(1)))
213       Changed = !I.swapOperands();
214
215     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
216     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
217
218     if (I.isAssociative()) {
219       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
220       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
221         Value *A = Op0->getOperand(0);
222         Value *B = Op0->getOperand(1);
223         Value *C = I.getOperand(1);
224
225         // Does "B op C" simplify?
226         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
227           // It simplifies to V.  Form "A op V".
228           I.setOperand(0, A);
229           I.setOperand(1, V);
230           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
231           // preserved by the reassociation.
232           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
233               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
234             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
235             // the operands to Op0.
236             I.clearSubclassOptionalData();
237             I.setHasNoSignedWrap(true);
238           } else {
239             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
240           }
241
242           Changed = true;
243           ++NumReassoc;
244           continue;
245         }
246       }
247
248       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
249       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
250         Value *A = I.getOperand(0);
251         Value *B = Op1->getOperand(0);
252         Value *C = Op1->getOperand(1);
253
254         // Does "A op B" simplify?
255         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
256           // It simplifies to V.  Form "V op C".
257           I.setOperand(0, V);
258           I.setOperand(1, C);
259           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
260           // preserved by the reassociation.
261           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
262           Changed = true;
263           ++NumReassoc;
264           continue;
265         }
266       }
267     }
268
269     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
270       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
271       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
272         Value *A = Op0->getOperand(0);
273         Value *B = Op0->getOperand(1);
274         Value *C = I.getOperand(1);
275
276         // Does "C op A" simplify?
277         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
278           // It simplifies to V.  Form "V op B".
279           I.setOperand(0, V);
280           I.setOperand(1, B);
281           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
282           // preserved by the reassociation.
283           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
284           Changed = true;
285           ++NumReassoc;
286           continue;
287         }
288       }
289
290       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
291       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
292         Value *A = I.getOperand(0);
293         Value *B = Op1->getOperand(0);
294         Value *C = Op1->getOperand(1);
295
296         // Does "C op A" simplify?
297         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
298           // It simplifies to V.  Form "B op V".
299           I.setOperand(0, B);
300           I.setOperand(1, V);
301           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
302           // preserved by the reassociation.
303           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
304           Changed = true;
305           ++NumReassoc;
306           continue;
307         }
308       }
309
310       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
311       // if C1 and C2 are constants.
312       if (Op0 && Op1 &&
313           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
314           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
315           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
316           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
317         Value *A = Op0->getOperand(0);
318         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
319         Value *B = Op1->getOperand(0);
320         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
321
322         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
323         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
324         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
325           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
326           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
327           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
328           New->setFastMathFlags(Flags);
329         }
330         InsertNewInstWith(New, I);
331         New->takeName(Op1);
332         I.setOperand(0, New);
333         I.setOperand(1, Folded);
334         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
335         // preserved by the reassociation.
336         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
337
338         Changed = true;
339         continue;
340       }
341     }
342
343     // No further simplifications.
344     return Changed;
345   } while (1);
346 }
347
348 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
349 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
350 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
351                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
352   switch (LOp) {
353   default:
354     return false;
355
356   case Instruction::And:
357     // And distributes over Or and Xor.
358     switch (ROp) {
359     default:
360       return false;
361     case Instruction::Or:
362     case Instruction::Xor:
363       return true;
364     }
365
366   case Instruction::Mul:
367     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
368     switch (ROp) {
369     default:
370       return false;
371     case Instruction::Add:
372     case Instruction::Sub:
373       return true;
374     }
375
376   case Instruction::Or:
377     // Or distributes over And.
378     switch (ROp) {
379     default:
380       return false;
381     case Instruction::And:
382       return true;
383     }
384   }
385 }
386
387 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
388 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
389 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
390                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
391   if (Instruction::isCommutative(ROp))
392     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
393   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
394   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
395   // such subtleties.
396   return false;
397 }
398
399 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
400 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
401 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
402   if (isa<Constant>(V))
403     return nullptr;
404
405   if (OpCode == Instruction::Mul)
406     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
407
408   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
409
410   return nullptr;
411 }
412
413 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
414 /// laws. This also factor SHL as MUL e.g. SHL(X, 2) ==> MUL(X, 4).
415 static Instruction::BinaryOps
416 getBinOpsForFactorization(BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
417   if (!Op)
418     return Instruction::BinaryOpsEnd;
419
420   if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
421     if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
422       // The multiplier is really 1 << CST.
423       RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
424       LHS = Op->getOperand(0);
425       return Instruction::Mul;
426     }
427   }
428
429   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
430
431   LHS = Op->getOperand(0);
432   RHS = Op->getOperand(1);
433   return Op->getOpcode();
434 }
435
436 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
437 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
438 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
439                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
440                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
441                                Value *B, Value *C, Value *D) {
442
443   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
444   // Checking A and C should be enough.
445   if (!A || !C || !B || !D)
446     return nullptr;
447
448   Value *SimplifiedInst = nullptr;
449   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
450   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
451
452   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
453   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
454
455   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
456   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
457     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
458     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
459     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
460       if (A != C)
461         std::swap(C, D);
462       // Consider forming "A op' (B op D)".
463       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
464       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
465       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
466       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
467       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
468         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
469       if (V) {
470         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
471       }
472     }
473
474   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
475   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
476     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
477     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
478     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
479       if (B != D)
480         std::swap(C, D);
481       // Consider forming "(A op C) op' B".
482       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
483       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
484
485       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
486       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
487       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
488         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
489       if (V) {
490         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
491       }
492     }
493
494   if (SimplifiedInst) {
495     ++NumFactor;
496     SimplifiedInst->takeName(&I);
497
498     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
499     // TODO: Check for NUW.
500     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
501       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
502         bool HasNSW = false;
503         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
504           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
505
506         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
507           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
508             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
509
510         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
511           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
512             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
513         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
514       }
515     }
516   }
517   return SimplifiedInst;
518 }
519
520 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
521 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
522 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
523 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
524 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
525 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
526   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
527   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
528   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
529
530   // Factorization.
531   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
532   Instruction::BinaryOps LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(Op0, A, B);
533   Instruction::BinaryOps RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(Op1, C, D);
534
535   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
536   // a common term.
537   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
538     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
539       return V;
540   }
541
542   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
543   // term.
544   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
545                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
546     return V;
547
548   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
549   // term.
550   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
551                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
552     return V;
553
554   // Expansion.
555   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
556   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
557     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
558     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
559     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
560     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
561
562     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
563     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
564       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
565         // They do! Return "L op' R".
566         ++NumExpand;
567         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
568         if ((L == A && R == B) ||
569             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
570           return Op0;
571         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
572         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
573           return V;
574         // Otherwise, create a new instruction.
575         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
576         C->takeName(&I);
577         return C;
578       }
579   }
580
581   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
582     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
583     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
584     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
585     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
586
587     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
588     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
589       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
590         // They do! Return "L op' R".
591         ++NumExpand;
592         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
593         if ((L == B && R == C) ||
594             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
595           return Op1;
596         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
597         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
598           return V;
599         // Otherwise, create a new instruction.
600         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
601         A->takeName(&I);
602         return A;
603       }
604   }
605
606   return nullptr;
607 }
608
609 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
610 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
611 //
612 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
613   if (BinaryOperator::isNeg(V))
614     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
615
616   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
617   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
618     return ConstantExpr::getNeg(C);
619
620   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
621     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
622       return ConstantExpr::getNeg(C);
623
624   return nullptr;
625 }
626
627 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
628 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
629 // form).
630 //
631 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
632   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
633     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
634
635   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
636   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
637     return ConstantExpr::getFNeg(C);
638
639   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
640     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
641       return ConstantExpr::getFNeg(C);
642
643   return nullptr;
644 }
645
646 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
647                                              InstCombiner *IC) {
648   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
649     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
650   }
651
652   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
653   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
654   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
655
656   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
657     if (ConstIsRHS)
658       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
659     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
660   }
661
662   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
663   if (!ConstIsRHS)
664     std::swap(Op0, Op1);
665
666   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
667     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
668                                     SO->getName()+".op");
669     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
670     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
671       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
672     return RI;
673   }
674   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
675     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
676                                    SO->getName()+".cmp");
677   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
678     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
679                                    SO->getName()+".cmp");
680   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
681 }
682
683 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
684 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
685 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
686 // not have a second operand.
687 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
688   // Don't modify shared select instructions
689   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
690   Value *TV = SI->getOperand(1);
691   Value *FV = SI->getOperand(2);
692
693   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
694     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
695     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
696
697     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
698     // elements on both sides.
699     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
700       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
701       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
702
703       // Verify that either both or neither are vectors.
704       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
705       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
706       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
707         return nullptr;
708     }
709
710     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
711     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
712
713     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
714                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
715   }
716   return nullptr;
717 }
718
719
720 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
721 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
722 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
723 ///
724 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
725   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
726   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
727   if (NumPHIValues == 0)
728     return nullptr;
729
730   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
731   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
732   // uses into the PHI.
733   if (!PN->hasOneUse()) {
734     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
735     for (User *U : PN->users()) {
736       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
737       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
738         return nullptr;
739     }
740     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
741   }
742
743   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
744   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
745   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
746   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
747   // their computation can be expensive without a cost model.
748   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
749   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
750     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
751     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
752       continue;
753
754     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
755     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
756
757     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
758
759     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
760     // insert a computation after it without breaking the edge.
761     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
762       if (II->getParent() == NonConstBB)
763         return nullptr;
764
765     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
766     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
767     // instcombine.
768     if (NonConstBB == I.getParent())
769       return nullptr;
770   }
771
772   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
773   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
774   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
775   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
776   if (NonConstBB != nullptr) {
777     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
778     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
779   }
780
781   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
782   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
783   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
784   NewPN->takeName(PN);
785
786   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
787   // predecessors terminator.
788   if (NonConstBB)
789     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
790
791   // Next, add all of the operands to the PHI.
792   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
793     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
794     // not the true/false values.
795     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
796     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
797     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
798     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
799       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
800       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
801       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
802       Value *InV = nullptr;
803       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
804       // even if currently isNullValue gives false.
805       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
806       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
807         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
808       else
809         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
810                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
811       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
812     }
813   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
814     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
815     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
816       Value *InV = nullptr;
817       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
818         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
819       else if (isa<ICmpInst>(CI))
820         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
821                                   C, "phitmp");
822       else
823         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
824                                   C, "phitmp");
825       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
826     }
827   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
828     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
829     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
830       Value *InV = nullptr;
831       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
832         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
833       else
834         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
835                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
836       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
837     }
838   } else {
839     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
840     Type *RetTy = CI->getType();
841     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
842       Value *InV;
843       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
844         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
845       else
846         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
847                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
848       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
849     }
850   }
851
852   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
853     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
854     if (User == &I) continue;
855     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
856     EraseInstFromFunction(*User);
857   }
858   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
859 }
860
861 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
862 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
863 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
864 /// return the resultant element type, otherwise return null.
865 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
866                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
867   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
868
869   if (!DL)
870     return nullptr;
871
872   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
873   if (!Ty->isSized())
874     return nullptr;
875
876   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
877   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
878   // is something like [0 x {int, int}]
879   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
880   int64_t FirstIdx = 0;
881   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
882     FirstIdx = Offset/TySize;
883     Offset -= FirstIdx*TySize;
884
885     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
886     if (Offset < 0) {
887       --FirstIdx;
888       Offset += TySize;
889       assert(Offset >= 0);
890     }
891     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
892   }
893
894   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
895
896   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
897   while (Offset) {
898     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
899     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
900       return nullptr;
901
902     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
903       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
904       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
905              "Offset must stay within the indexed type");
906
907       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
908       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
909                                             Elt));
910
911       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
912       Ty = STy->getElementType(Elt);
913     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
914       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
915       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
916       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
917       Offset %= EltSize;
918       Ty = AT->getElementType();
919     } else {
920       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
921       return nullptr;
922     }
923   }
924
925   return Ty;
926 }
927
928 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
929   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
930   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
931   // the indices.
932   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
933       !Src.hasOneUse())
934     return false;
935   return true;
936 }
937
938 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
939 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
940 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
941   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
942   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
943          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
944
945   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
946   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
947     NoSignedWrap = true;
948     return Val;
949   }
950
951   // If Scale is zero then it does not divide Val.
952   if (Scale.isMinValue())
953     return nullptr;
954
955   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
956   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
957   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
958   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
959   // down from Val:
960   //
961   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
962   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
963   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
964   //
965   // Then to modify a term at the bottom:
966   //
967   //     Val = M1 * X
968   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
969   //
970   // Then to work back up correcting nsw flags.
971
972   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
973   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
974   Value *Op = Val;
975
976   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
977   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
978   // 0'th operand of Val.
979   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
980
981   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
982   // levels that doesn't overflow.
983   bool RequireNoSignedWrap = false;
984
985   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
986   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
987
988   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
989
990     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
991       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
992       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
993       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
994       if (!Remainder.isMinValue())
995         // Not divisible by Scale.
996         return nullptr;
997       // Replace with the quotient in the parent.
998       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
999       NoSignedWrap = true;
1000       break;
1001     }
1002
1003     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1004
1005       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1006         // Multiplication.
1007         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1008         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1009           return nullptr;
1010
1011         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1012         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1013         // multiplication by something else.
1014         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1015         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1016
1017         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1018           // Multiplication by a constant.
1019           if (CI->getValue() == Scale) {
1020             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1021             // by its left-hand side in the parent.
1022             Op = LHS;
1023             break;
1024           }
1025
1026           // Otherwise drill down into the constant.
1027           if (!Op->hasOneUse())
1028             return nullptr;
1029
1030           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1031           continue;
1032         }
1033
1034         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1035         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1036         if (!Op->hasOneUse())
1037           return nullptr;
1038
1039         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1040         continue;
1041       }
1042
1043       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1044           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1045         // Multiplication by a power of 2.
1046         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1047         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1048           return nullptr;
1049
1050         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1051         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1052           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1053         // Op = LHS << Amt.
1054
1055         if (Amt == logScale) {
1056           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1057           // by its left-hand side in the parent.
1058           Op = LHS;
1059           break;
1060         }
1061         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1062           return nullptr;
1063
1064         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1065         // by the scale in the parent.
1066         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1067         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1068         break;
1069       }
1070     }
1071
1072     if (!Op->hasOneUse())
1073       return nullptr;
1074
1075     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1076       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1077         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1078         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1079         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1080         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1081         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1082         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1083         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1084         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1085         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1086           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1087           return nullptr;
1088         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1089         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1090         RequireNoSignedWrap = true;
1091
1092         // Drill down through the cast.
1093         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1094         Scale = SmallScale;
1095         continue;
1096       }
1097
1098       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1099         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1100         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1101         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1102         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1103         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1104         // from this point up in the expression (see later).
1105         if (RequireNoSignedWrap)
1106           return nullptr;
1107
1108         // Drill down through the cast.
1109         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1110         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1111         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1112         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1113           logScale = -1;
1114         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1115         continue;
1116       }
1117     }
1118
1119     // Unsupported expression, bail out.
1120     return nullptr;
1121   }
1122
1123   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1124   if (match(Op, m_Zero())) {
1125     NoSignedWrap = true;
1126     return Op;
1127   }
1128
1129   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1130   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1131   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1132   // not to overflow.
1133
1134   if (!Parent.first)
1135     // The expression only had one term.
1136     return Op;
1137
1138   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1139   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1140   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1141          "Descaling was a no-op?");
1142   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1143   Worklist.Add(Parent.first);
1144
1145   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1146   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1147   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1148   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1149   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1150   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1151   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1152   do {
1153     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1154       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1155       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1156       // from this point on up.
1157       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1158       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1159       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1160         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1161         Worklist.Add(Ancestor);
1162       }
1163     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1164       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1165       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1166       // the absolute values of the truncations.
1167       NoSignedWrap = false;
1168     }
1169     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1170            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1171
1172     if (Ancestor == Val)
1173       // Got to the top, all done!
1174       return Val;
1175
1176     // Move up one level in the expression.
1177     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1178     Ancestor = Ancestor->user_back();
1179   } while (1);
1180 }
1181
1182 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1183 /// specified one but with other operands.
1184 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1185                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1186   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1187   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1188     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1189       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1190       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1191     }
1192     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1193       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1194   }
1195   return BORes;
1196 }
1197
1198 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1199 /// \param Inst Binary operator to transform.
1200 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1201 ///         null pointer if no transformation was made.
1202 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1203   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1204
1205   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1206   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1207   // See PR20059.
1208   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1209
1210   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1211   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1212   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1213   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1214
1215   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1216   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1217   // shuffle after binary operation:
1218   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1219   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1220     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1221     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1222     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1223         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1224         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1225         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1226       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1227           RShuf->getOperand(0), Builder);
1228       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1229           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1230       return Res;
1231     }
1232   }
1233
1234   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1235   // try moving the shuffle after the binary operation.
1236   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1237   Constant *C1 = nullptr;
1238   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1239   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1240   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1241   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1242   if (Shuffle && C1 &&
1243       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1244       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1245       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1246     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1247     // Find constant C2 that has property:
1248     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1249     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1250     // reorder is not possible.
1251     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1252                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1253     bool MayChange = true;
1254     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1255       if (ShMask[I] >= 0) {
1256         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1257         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1258           MayChange = false;
1259           break;
1260         }
1261         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1262       }
1263     }
1264     if (MayChange) {
1265       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1266       Value *NewLHS, *NewRHS;
1267       if (isa<Constant>(LHS)) {
1268         NewLHS = C2;
1269         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1270       } else {
1271         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1272         NewRHS = C2;
1273       }
1274       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1275       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1276           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1277       return Res;
1278     }
1279   }
1280
1281   return nullptr;
1282 }
1283
1284 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1285   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1286
1287   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL))
1288     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1289
1290   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1291
1292   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1293   // by multiples of a zero size type with zero.
1294   if (DL) {
1295     bool MadeChange = false;
1296     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1297
1298     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1299     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1300          I != E; ++I, ++GTI) {
1301       // Skip indices into struct types.
1302       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1303       if (!SeqTy) continue;
1304
1305       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1306       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1307       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1308           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1309         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1310           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1311           MadeChange = true;
1312         }
1313
1314       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1315       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1316         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1317         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1318         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1319         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1320         MadeChange = true;
1321       }
1322     }
1323     if (MadeChange) return &GEP;
1324   }
1325
1326   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1327   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1328     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1329     if (!Op1)
1330       return nullptr;
1331
1332     signed DI = -1;
1333
1334     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1335       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1336       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1337         return nullptr;
1338
1339       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1340       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1341
1342       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1343         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1344           return nullptr;
1345
1346         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1347           if (DI == -1) {
1348             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1349             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1350             // variable.
1351
1352             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1353             // static for struct slots
1354             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1355               return nullptr;
1356
1357             DI = J;
1358           } else {
1359             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1360             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1361             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1362             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1363             // directly supports and would need to be broken into several
1364             // simpler instructions anyway.
1365             return nullptr;
1366           }
1367         }
1368
1369         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1370         if (J > 0) {
1371           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1372             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1373           } else {
1374             CurTy = nullptr;
1375           }
1376         }
1377       }
1378     }
1379
1380     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1381
1382     if (DI == -1) {
1383       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1384       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1385       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1386                                             NewGEP);
1387     } else {
1388       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1389       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1390       // set that index.
1391       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1392       Builder->SetInsertPoint(PN);
1393       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1394                                           PN->getNumOperands());
1395       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1396
1397       for (auto &I : PN->operands())
1398         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1399                            PN->getIncomingBlock(I));
1400
1401       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1402       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1403                                             NewGEP);
1404       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1405     }
1406
1407     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1408     PtrOp = NewGEP;
1409   }
1410
1411   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1412   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1413   // getelementptr instructions into a single instruction.
1414   //
1415   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1416     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1417       return nullptr;
1418
1419     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1420     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1421     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1422     if (GEPOperator *SrcGEP =
1423           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1424       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1425         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1426
1427     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1428
1429     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1430     bool EndsWithSequential = false;
1431     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1432          I != E; ++I)
1433       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1434
1435     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1436     if (EndsWithSequential) {
1437       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1438       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1439       //
1440       Value *Sum;
1441       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1442       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1443       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1444         Sum = GO1;
1445       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1446         Sum = SO1;
1447       } else {
1448         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1449         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1450         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1451         // normalized.
1452         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1453           return nullptr;
1454         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1455       }
1456
1457       // Update the GEP in place if possible.
1458       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1459         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1460         GEP.setOperand(1, Sum);
1461         return &GEP;
1462       }
1463       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1464       Indices.push_back(Sum);
1465       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1466     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1467                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1468                Src->getNumOperands() != 1) {
1469       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1470       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1471       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1472     }
1473
1474     if (!Indices.empty())
1475       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1476         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1477                                           GEP.getName()) :
1478         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1479   }
1480
1481   // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
1482   // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1483   // pointer arithmetic.
1484   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1 &&
1485       match(GEP.getOperand(1), m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1486     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1487     if (GEP.getType() == Builder->getInt8PtrTy(AS) &&
1488         GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1489         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1490       Operator *Index = cast<Operator>(GEP.getOperand(1));
1491       Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1492       Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1493       return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1494     }
1495   }
1496
1497   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1498   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1499   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1500
1501   // We do not handle pointer-vector geps here.
1502   if (!StrippedPtrTy)
1503     return nullptr;
1504
1505   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1506     bool HasZeroPointerIndex = false;
1507     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1508       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1509
1510     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1511     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1512     //
1513     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1514     //           into     : GEP i8* X, ...
1515     //
1516     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1517     if (HasZeroPointerIndex) {
1518       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1519       if (ArrayType *CATy =
1520           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1521         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1522         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1523           // -> GEP i8* X, ...
1524           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1525           GetElementPtrInst *Res =
1526             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1527           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1528           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1529             return Res;
1530           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1531           // e.g.,
1532           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1533           // ->
1534           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1535           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1536           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1537         }
1538
1539         if (ArrayType *XATy =
1540               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1541           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1542           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1543             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1544             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1545             // to an array of the same type as the destination pointer
1546             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1547             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1548             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1549               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1550               return &GEP;
1551             }
1552             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1553             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1554             // an addrspacecast.
1555             // e.g.,
1556             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1557             //   i32 0, ...
1558             // ->
1559             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1560             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1561             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1562             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1563               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1564               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1565             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1566           }
1567         }
1568       }
1569     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1570       // Transform things like:
1571       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1572       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1573       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1574       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1575       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1576           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1577           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1578         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1579         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1580         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1581           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1582           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1583
1584         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1585         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1586                                                              GEP.getType());
1587       }
1588
1589       // Transform things like:
1590       // %V = mul i64 %N, 4
1591       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1592       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1593       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1594         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1595         // factor.
1596         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1597         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1598         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1599           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1600           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1601           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1602
1603           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1604           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1605           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1606                  "Index not cast to pointer width?");
1607
1608           bool NSW;
1609           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1610             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1611             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1612             // GEP may not be "inbounds".
1613             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1614               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1615               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1616
1617             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1618             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1619                                                                  GEP.getType());
1620           }
1621         }
1622       }
1623
1624       // Similarly, transform things like:
1625       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1626       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1627       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1628       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1629           SrcElTy->isArrayTy()) {
1630         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1631         // index by a scale factor.
1632         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1633         uint64_t ArrayEltSize
1634           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1635         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1636           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1637           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1638           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1639
1640           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1641           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1642           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1643                  "Index not cast to pointer width?");
1644
1645           bool NSW;
1646           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1647             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1648             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1649             // GEP may not be "inbounds".
1650             Value *Off[2] = {
1651               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1652               NewIdx
1653             };
1654
1655             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1656               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1657               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1658             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1659             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1660                                                                  GEP.getType());
1661           }
1662         }
1663       }
1664     }
1665   }
1666
1667   if (!DL)
1668     return nullptr;
1669
1670   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1671   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1672   // through the addrspacecast.
1673   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1674     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1675     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1676     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1677     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1678     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1679       PtrOp = BC;
1680   }
1681
1682   /// See if we can simplify:
1683   ///   X = bitcast A* to B*
1684   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1685   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1686   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1687   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1688     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1689     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1690     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1691     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1692     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1693         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1694
1695       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1696       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1697       if (!Offset) {
1698         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1699         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1700         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1701           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1702           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1703             if (I != BCI) {
1704               I->takeName(BCI);
1705               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1706               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1707             }
1708             return &GEP;
1709           }
1710         }
1711
1712         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1713           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1714         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1715       }
1716
1717       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1718       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1719       // GEP.
1720       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1721       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1722         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1723           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1724           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1725
1726         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1727           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1728         NGEP->takeName(&GEP);
1729
1730         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1731           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1732         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1733       }
1734     }
1735   }
1736
1737   return nullptr;
1738 }
1739
1740 static bool
1741 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1742                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1743   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1744   Worklist.push_back(AI);
1745
1746   do {
1747     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1748     for (User *U : PI->users()) {
1749       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1750       switch (I->getOpcode()) {
1751       default:
1752         // Give up the moment we see something we can't handle.
1753         return false;
1754
1755       case Instruction::BitCast:
1756       case Instruction::GetElementPtr:
1757         Users.push_back(I);
1758         Worklist.push_back(I);
1759         continue;
1760
1761       case Instruction::ICmp: {
1762         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1763         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1764         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1765           return false;
1766         Users.push_back(I);
1767         continue;
1768       }
1769
1770       case Instruction::Call:
1771         // Ignore no-op and store intrinsics.
1772         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1773           switch (II->getIntrinsicID()) {
1774           default:
1775             return false;
1776
1777           case Intrinsic::memmove:
1778           case Intrinsic::memcpy:
1779           case Intrinsic::memset: {
1780             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1781             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1782               return false;
1783           }
1784           // fall through
1785           case Intrinsic::dbg_declare:
1786           case Intrinsic::dbg_value:
1787           case Intrinsic::invariant_start:
1788           case Intrinsic::invariant_end:
1789           case Intrinsic::lifetime_start:
1790           case Intrinsic::lifetime_end:
1791           case Intrinsic::objectsize:
1792             Users.push_back(I);
1793             continue;
1794           }
1795         }
1796
1797         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1798           Users.push_back(I);
1799           continue;
1800         }
1801         return false;
1802
1803       case Instruction::Store: {
1804         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1805         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1806           return false;
1807         Users.push_back(I);
1808         continue;
1809       }
1810       }
1811       llvm_unreachable("missing a return?");
1812     }
1813   } while (!Worklist.empty());
1814   return true;
1815 }
1816
1817 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1818   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1819   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1820   // true or false as appropriate.
1821   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1822   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1823     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1824       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1825       if (!I) continue;
1826
1827       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1828         ReplaceInstUsesWith(*C,
1829                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1830                                              C->isFalseWhenEqual()));
1831       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1832         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1833       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1834         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1835           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1836           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1837           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1838         }
1839       }
1840       EraseInstFromFunction(*I);
1841     }
1842
1843     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1844       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1845       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1846       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1847       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1848                          None, "", II->getParent());
1849     }
1850     return EraseInstFromFunction(MI);
1851   }
1852   return nullptr;
1853 }
1854
1855 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1856 ///
1857 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1858 /// against NULL (property 0).
1859 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1860 ///
1861 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1862 /// will be removed, i.e.:
1863 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1864 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1865 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1866 ///
1867 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1868 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1869 /// profitable (e.g., for code size).
1870 static Instruction *
1871 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1872   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1873   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1874   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1875
1876   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1877   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1878   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1879   //        not be profitable even for code size.
1880   if (!PredBB)
1881     return nullptr;
1882
1883   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1884   //                         free and an unconditional branch?
1885   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1886   //        predecessor block
1887   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1888     return nullptr;
1889   BasicBlock *SuccBB;
1890   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1891     return nullptr;
1892
1893   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1894   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1895   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1896   ICmpInst::Predicate Pred;
1897   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1898     return nullptr;
1899   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1900     return nullptr;
1901
1902   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1903   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1904     return nullptr;
1905   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1906          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1907
1908   FI.moveBefore(TI);
1909   return &FI;
1910 }
1911
1912
1913 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1914   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1915
1916   // free undef -> unreachable.
1917   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1918     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1919     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1920                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1921     return EraseInstFromFunction(FI);
1922   }
1923
1924   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1925   // when lots of inlining happens.
1926   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1927     return EraseInstFromFunction(FI);
1928
1929   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1930   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1931   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1932   // if (foo) free(foo);
1933   // into
1934   // free(foo);
1935   if (MinimizeSize)
1936     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1937       return I;
1938
1939   return nullptr;
1940 }
1941
1942
1943
1944 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1945   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1946   Value *X = nullptr;
1947   BasicBlock *TrueDest;
1948   BasicBlock *FalseDest;
1949   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1950       !isa<Constant>(X)) {
1951     // Swap Destinations and condition...
1952     BI.setCondition(X);
1953     BI.swapSuccessors();
1954     return &BI;
1955   }
1956
1957   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1958   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1959   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1960                              TrueDest, FalseDest)) &&
1961       BI.getCondition()->hasOneUse())
1962     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1963         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1964       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1965       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1966
1967       // Swap Destinations and condition.
1968       BI.swapSuccessors();
1969       Worklist.Add(Cond);
1970       return &BI;
1971     }
1972
1973   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1974   ICmpInst::Predicate IPred;
1975   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1976                       TrueDest, FalseDest)) &&
1977       BI.getCondition()->hasOneUse())
1978     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1979         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1980         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1981       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1982       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1983       // Swap Destinations and condition.
1984       BI.swapSuccessors();
1985       Worklist.Add(Cond);
1986       return &BI;
1987     }
1988
1989   return nullptr;
1990 }
1991
1992 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1993   Value *Cond = SI.getCondition();
1994   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1995     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1996       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1997         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1998         // Skip the first item since that's the default case.
1999         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2000              i != e; ++i) {
2001           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2002           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2003                                                       AddRHS);
2004           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2005                  "Result of expression should be constant");
2006           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2007         }
2008         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2009         Worklist.Add(I);
2010         return &SI;
2011       }
2012   }
2013   return nullptr;
2014 }
2015
2016 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2017   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2018
2019   if (!EV.hasIndices())
2020     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2021
2022   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2023     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2024       if (EV.getNumIndices() == 0)
2025         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2026       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2027       // first index
2028       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2029     }
2030     return nullptr; // Can't handle other constants
2031   }
2032
2033   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2034     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2035     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2036     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2037          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2038          exti != exte && insi != inse;
2039          ++exti, ++insi) {
2040       if (*insi != *exti)
2041         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2042         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2043         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2044         // operand of the insert. i.e., replace
2045         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2046         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2047         // with
2048         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2049         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2050                                         EV.getIndices());
2051     }
2052     if (exti == exte && insi == inse)
2053       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2054       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2055       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2056       // with "i32 42"
2057       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2058     if (exti == exte) {
2059       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2060       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2061       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2062       // with
2063       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2064       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2065       // by switching the order of the insert and extract (though the
2066       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2067       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2068                                                  EV.getIndices());
2069       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2070                                      makeArrayRef(insi, inse));
2071     }
2072     if (insi == inse)
2073       // The insert list is a prefix of the extract list
2074       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2075       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2076       // i.e., replace
2077       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2078       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2079       // with
2080       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2081       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2082                                       makeArrayRef(exti, exte));
2083   }
2084   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2085     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2086     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2087     // just get one value.
2088     if (II->hasOneUse()) {
2089       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2090       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2091       // and replace it with a traditional binary instruction.
2092       switch (II->getIntrinsicID()) {
2093       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2094       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2095         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2096           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2097           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2098           EraseInstFromFunction(*II);
2099           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2100         }
2101
2102         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2103         // we can transform this into a range comparison.
2104         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2105         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2106           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2107             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2108                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2109         break;
2110       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2111       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2112         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2113           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2114           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2115           EraseInstFromFunction(*II);
2116           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2117         }
2118         break;
2119       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2120       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2121         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2122           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2123           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2124           EraseInstFromFunction(*II);
2125           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2126         }
2127         break;
2128       default:
2129         break;
2130       }
2131     }
2132   }
2133   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2134     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2135     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2136     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2137     //        could be done regardless of having multiple uses.
2138     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2139       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2140       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2141       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2142       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2143       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2144             I != E; ++I)
2145         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2146
2147       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2148       // the extractvalue.
2149       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2150       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2151       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2152       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2153       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2154     }
2155   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2156   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2157   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2158   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2159   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2160   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2161   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2162   // aren't handled yet.
2163   return nullptr;
2164 }
2165
2166 enum Personality_Type {
2167   Unknown_Personality,
2168   GNU_Ada_Personality,
2169   GNU_CXX_Personality,
2170   GNU_ObjC_Personality
2171 };
2172
2173 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2174 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2175 /// otherwise return Unknown_Personality.
2176 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2177   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2178   if (!F)
2179     return Unknown_Personality;
2180   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2181     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2182     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2183     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2184     .Default(Unknown_Personality);
2185 }
2186
2187 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2188 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2189   switch (Personality) {
2190   case Unknown_Personality:
2191     return false;
2192   case GNU_Ada_Personality:
2193     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2194     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2195     return false;
2196   case GNU_CXX_Personality:
2197   case GNU_ObjC_Personality:
2198     return TypeInfo->isNullValue();
2199   }
2200   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2201 }
2202
2203 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2204   return
2205     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2206   <
2207     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2208 }
2209
2210 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2211   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2212   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2213   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2214   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2215
2216   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2217   // (these are often created by inlining).
2218   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2219   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2220   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2221
2222   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2223   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2224     bool isLastClause = i + 1 == e;
2225     if (LI.isCatch(i)) {
2226       // A catch clause.
2227       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2228       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2229
2230       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2231       // copy of it.
2232       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2233         // This catch clause was not already seen.
2234         NewClauses.push_back(CatchClause);
2235       } else {
2236         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2237         MakeNewInstruction = true;
2238       }
2239
2240       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2241       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2242       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2243         if (!isLastClause)
2244           MakeNewInstruction = true;
2245         CleanupFlag = false;
2246         break;
2247       }
2248     } else {
2249       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2250       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2251       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2252       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2253       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2254       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2255       // class derived from it).
2256       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2257       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2258       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2259       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2260
2261       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2262       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2263       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2264       if (!NumTypeInfos) {
2265         NewClauses.push_back(FilterClause);
2266         if (!isLastClause)
2267           MakeNewInstruction = true;
2268         CleanupFlag = false;
2269         break;
2270       }
2271
2272       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2273       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2274       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2275         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2276         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2277         Constant *TypeInfo =
2278           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2279         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2280         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2281           // Throw the filter away.
2282           MakeNewInstruction = true;
2283           continue;
2284         }
2285
2286         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2287         // discard all but the first copy if there is more than one.
2288         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2289         if (NumTypeInfos > 1)
2290           MakeNewFilter = true;
2291       } else {
2292         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2293         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2294         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2295
2296         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2297         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2298         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2299         bool SawCatchAll = false;
2300         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2301           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2302           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2303           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2304             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2305             SawCatchAll = true;
2306             break;
2307           }
2308           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2309             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2310             // is pointless.
2311             continue;
2312           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2313           // a filter, so only add it if we didn't already.
2314           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2315             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2316         }
2317         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2318         if (SawCatchAll) {
2319           // Throw the filter away.
2320           MakeNewInstruction = true;
2321           continue;
2322         }
2323
2324         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2325         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2326           MakeNewFilter = true;
2327       }
2328       if (MakeNewFilter) {
2329         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2330                                     NewFilterElts.size());
2331         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2332         MakeNewInstruction = true;
2333       }
2334
2335       NewClauses.push_back(FilterClause);
2336
2337       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2338       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2339       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2340       // already handled above.
2341       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2342         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2343         CleanupFlag = false;
2344         break;
2345       }
2346     }
2347   }
2348
2349   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2350   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2351   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2352   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2353   // filter optimizations below.
2354   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2355     unsigned j;
2356     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2357     for (j = i; j != e; ++j)
2358       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2359         break;
2360
2361     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2362     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2363     // new landingpad instruction if it does.
2364     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2365       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2366         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2367         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2368         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2369                          shorter_filter);
2370         MakeNewInstruction = true;
2371         break;
2372       }
2373
2374     // Look for the next batch of filters.
2375     i = j + 1;
2376   }
2377
2378   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2379   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2380   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2381   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2382   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2383   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2384   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2385   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2386   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2387   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2388   // specifications.
2389   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2390     // Examine each filter in turn.
2391     Value *Filter = NewClauses[i];
2392     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2393     if (!FTy)
2394       // Not a filter - skip it.
2395       continue;
2396     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2397     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2398     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2399     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2400       Value *LFilter = NewClauses[j];
2401       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2402       if (!LTy)
2403         // Not a filter - skip it.
2404         continue;
2405       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2406       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2407       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2408       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2409       if (!FElts) {
2410         // Discard LFilter.
2411         NewClauses.erase(J);
2412         MakeNewInstruction = true;
2413         // Move on to the next filter.
2414         continue;
2415       }
2416       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2417       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2418       if (FElts > LElts)
2419         // Move on to the next filter.
2420         continue;
2421       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2422       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2423         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2424         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2425         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2426           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2427           // Discard LFilter.
2428           NewClauses.erase(J);
2429           MakeNewInstruction = true;
2430         }
2431         // Move on to the next filter.
2432         continue;
2433       }
2434       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2435       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2436         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2437         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2438         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2439         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2440           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2441             // LFilter contains a zero - discard it.
2442             NewClauses.erase(J);
2443             MakeNewInstruction = true;
2444             break;
2445           }
2446         // Move on to the next filter.
2447         continue;
2448       }
2449       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2450       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2451       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2452       // using a method that scales nicely.
2453       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2454       bool AllFound = true;
2455       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2456         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2457         AllFound = false;
2458         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2459           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2460           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2461             AllFound = true;
2462             break;
2463           }
2464         }
2465         if (!AllFound)
2466           break;
2467       }
2468       if (AllFound) {
2469         // Discard LFilter.
2470         NewClauses.erase(J);
2471         MakeNewInstruction = true;
2472       }
2473       // Move on to the next filter.
2474     }
2475   }
2476
2477   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2478   // with a new one.
2479   if (MakeNewInstruction) {
2480     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2481                                                  LI.getPersonalityFn(),
2482                                                  NewClauses.size());
2483     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2484       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2485     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2486     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2487     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2488     if (NewClauses.empty())
2489       CleanupFlag = true;
2490     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2491     return NLI;
2492   }
2493
2494   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2495   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2496   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2497     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2498     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2499     return &LI;
2500   }
2501
2502   return nullptr;
2503 }
2504
2505
2506
2507
2508 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2509 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2510 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2511 /// end of its block.
2512 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2513   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2514
2515   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2516   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2517       isa<TerminatorInst>(I))
2518     return false;
2519
2520   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2521   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2522         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2523     return false;
2524
2525   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2526   // the end of block that could change the value.
2527   if (I->mayReadFromMemory()) {
2528     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2529          Scan != E; ++Scan)
2530       if (Scan->mayWriteToMemory())
2531         return false;
2532   }
2533
2534   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2535   I->moveBefore(InsertPos);
2536   ++NumSunkInst;
2537   return true;
2538 }
2539
2540
2541 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2542 /// all reachable code to the worklist.
2543 ///
2544 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2545 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2546 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2547 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2548 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2549 ///
2550 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2551                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2552                                        InstCombiner &IC,
2553                                        const DataLayout *DL,
2554                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2555   bool MadeIRChange = false;
2556   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2557   Worklist.push_back(BB);
2558
2559   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2560   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2561
2562   do {
2563     BB = Worklist.pop_back_val();
2564
2565     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2566     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2567
2568     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2569       Instruction *Inst = BBI++;
2570
2571       // DCE instruction if trivially dead.
2572       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2573         ++NumDeadInst;
2574         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2575         Inst->eraseFromParent();
2576         continue;
2577       }
2578
2579       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2580       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2581         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2582           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2583                        << *Inst << '\n');
2584           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2585           ++NumConstProp;
2586           Inst->eraseFromParent();
2587           continue;
2588         }
2589
2590       if (DL) {
2591         // See if we can constant fold its operands.
2592         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2593              i != e; ++i) {
2594           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2595           if (CE == nullptr) continue;
2596
2597           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2598           if (!FoldRes)
2599             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2600           if (!FoldRes)
2601             FoldRes = CE;
2602
2603           if (FoldRes != CE) {
2604             *i = FoldRes;
2605             MadeIRChange = true;
2606           }
2607         }
2608       }
2609
2610       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2611     }
2612
2613     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2614     // constant, only visit the reachable successor.
2615     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2616     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2617       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2618         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2619         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2620         Worklist.push_back(ReachableBB);
2621         continue;
2622       }
2623     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2624       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2625         // See if this is an explicit destination.
2626         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2627              i != e; ++i)
2628           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2629             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2630             Worklist.push_back(ReachableBB);
2631             continue;
2632           }
2633
2634         // Otherwise it is the default destination.
2635         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2636         continue;
2637       }
2638     }
2639
2640     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2641       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2642   } while (!Worklist.empty());
2643
2644   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2645   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2646   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2647   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2648   // some N^2 behavior in pathological cases.
2649   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2650                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2651
2652   return MadeIRChange;
2653 }
2654
2655 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2656   MadeIRChange = false;
2657
2658   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2659                << F.getName() << "\n");
2660
2661   {
2662     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2663     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2664     // track of which blocks we visit.
2665     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2666     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2667                                                TLI);
2668
2669     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2670     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2671     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2672     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2673       if (Visited.count(BB)) continue;
2674
2675       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2676       // having to update as many def-use and use-def chains.
2677       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2678       while (EndInst != BB->begin()) {
2679         // Delete the next to last instruction.
2680         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2681         Instruction *Inst = --I;
2682         if (!Inst->use_empty())
2683           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2684         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2685           EndInst = Inst;
2686           continue;
2687         }
2688         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2689           ++NumDeadInst;
2690           MadeIRChange = true;
2691         }
2692         Inst->eraseFromParent();
2693       }
2694     }
2695   }
2696
2697   while (!Worklist.isEmpty()) {
2698     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2699     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2700
2701     // Check to see if we can DCE the instruction.
2702     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2703       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2704       EraseInstFromFunction(*I);
2705       ++NumDeadInst;
2706       MadeIRChange = true;
2707       continue;
2708     }
2709
2710     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2711     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2712       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2713         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2714
2715         // Add operands to the worklist.
2716         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2717         ++NumConstProp;
2718         EraseInstFromFunction(*I);
2719         MadeIRChange = true;
2720         continue;
2721       }
2722
2723     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2724     if (I->hasOneUse()) {
2725       BasicBlock *BB = I->getParent();
2726       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2727       BasicBlock *UserParent;
2728
2729       // Get the block the use occurs in.
2730       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2731         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2732       else
2733         UserParent = UserInst->getParent();
2734
2735       if (UserParent != BB) {
2736         bool UserIsSuccessor = false;
2737         // See if the user is one of our successors.
2738         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2739           if (*SI == UserParent) {
2740             UserIsSuccessor = true;
2741             break;
2742           }
2743
2744         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2745         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2746         // otherwise), we can keep going.
2747         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2748           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2749           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2750             MadeIRChange = true;
2751             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2752             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2753             // worklist
2754             for (Use &U : I->operands())
2755               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2756                 Worklist.Add(OpI);
2757           }
2758         }
2759       }
2760     }
2761
2762     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2763     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2764     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2765
2766 #ifndef NDEBUG
2767     std::string OrigI;
2768 #endif
2769     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2770     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2771
2772     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2773       ++NumCombined;
2774       // Should we replace the old instruction with a new one?
2775       if (Result != I) {
2776         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2777                      << "    New = " << *Result << '\n');
2778
2779         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2780           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2781         // Everything uses the new instruction now.
2782         I->replaceAllUsesWith(Result);
2783
2784         // Move the name to the new instruction first.
2785         Result->takeName(I);
2786
2787         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2788         Worklist.Add(Result);
2789         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2790
2791         // Insert the new instruction into the basic block...
2792         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2793         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2794
2795         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2796         // insertion point.
2797         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2798           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2799
2800         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2801
2802         EraseInstFromFunction(*I);
2803       } else {
2804 #ifndef NDEBUG
2805         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2806                      << "    New = " << *I << '\n');
2807 #endif
2808
2809         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2810         // if so, remove it.
2811         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2812           EraseInstFromFunction(*I);
2813         } else {
2814           Worklist.Add(I);
2815           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2816         }
2817       }
2818       MadeIRChange = true;
2819     }
2820   }
2821
2822   Worklist.Zap();
2823   return MadeIRChange;
2824 }
2825
2826 namespace {
2827 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2828   InstCombiner *IC;
2829 public:
2830   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2831                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2832                                 InstCombiner *IC)
2833     : LibCallSimplifier(DL, TLI, UnsafeFPShrink) {
2834     this->IC = IC;
2835   }
2836
2837   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2838   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2839   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2840     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2841   }
2842 };
2843 }
2844
2845 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2846   if (skipOptnoneFunction(F))
2847     return false;
2848
2849   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2850   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2851   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2852   // Minimizing size?
2853   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2854                                                 Attribute::MinSize);
2855
2856   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2857   /// instructions into the worklist when they are created.
2858   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2859     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2860                InstCombineIRInserter(Worklist));
2861   Builder = &TheBuilder;
2862
2863   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2864   Simplifier = &TheSimplifier;
2865
2866   bool EverMadeChange = false;
2867
2868   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2869   // by instcombiner.
2870   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2871
2872   // Iterate while there is work to do.
2873   unsigned Iteration = 0;
2874   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2875     EverMadeChange = true;
2876
2877   Builder = nullptr;
2878   return EverMadeChange;
2879 }
2880
2881 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2882   return new InstCombiner();
2883 }