Fix batch of converting RegisterPass<> to INTIALIZE_PASS().
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
41 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
42 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Support/CFG.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
48 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
49 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 #include <algorithm>
52 #include <climits>
53 using namespace llvm;
54 using namespace llvm::PatternMatch;
55
56 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
57 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
58 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
59 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
60
61
62 char InstCombiner::ID = 0;
63 INITIALIZE_PASS(InstCombiner, "instcombine",
64                 "Combine redundant instructions", false, false);
65
66 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
67   AU.addPreservedID(LCSSAID);
68   AU.setPreservesCFG();
69 }
70
71
72 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
73 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
74 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
75 bool InstCombiner::ShouldChangeType(const Type *From, const Type *To) const {
76   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
77   
78   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
79   if (!TD) return false;
80   
81   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
82   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
83   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
84   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
85   
86   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
87   // type, don't do the transformation.
88   if (FromLegal && !ToLegal)
89     return false;
90   
91   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
92   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
93   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
94     return false;
95   
96   return true;
97 }
98
99
100 // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
101 // operators:
102 //
103 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
104 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
105 //     binary operators.
106 //
107 //  2. Transform: (op (op V, C1), C2) ==> (op V, (op C1, C2))
108 //  3. Transform: (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
109 //
110 bool InstCombiner::SimplifyCommutative(BinaryOperator &I) {
111   bool Changed = false;
112   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1)))
113     Changed = !I.swapOperands();
114
115   if (!I.isAssociative()) return Changed;
116   
117   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
118   if (BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0)))
119     if (Op->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op->getOperand(1))) {
120       if (isa<Constant>(I.getOperand(1))) {
121         Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(),
122                                              cast<Constant>(I.getOperand(1)),
123                                              cast<Constant>(Op->getOperand(1)));
124         I.setOperand(0, Op->getOperand(0));
125         I.setOperand(1, Folded);
126         return true;
127       }
128       
129       if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1)))
130         if (Op1->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
131             Op->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
132           Constant *C1 = cast<Constant>(Op->getOperand(1));
133           Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
134
135           // Fold (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
136           Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), C1, C2);
137           Instruction *New = BinaryOperator::Create(Opcode, Op->getOperand(0),
138                                                     Op1->getOperand(0),
139                                                     Op1->getName(), &I);
140           Worklist.Add(New);
141           I.setOperand(0, New);
142           I.setOperand(1, Folded);
143           return true;
144         }
145     }
146   return Changed;
147 }
148
149 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
150 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
151 //
152 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
153   if (BinaryOperator::isNeg(V))
154     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
155
156   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
157   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
158     return ConstantExpr::getNeg(C);
159
160   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
161     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
162       return ConstantExpr::getNeg(C);
163
164   return 0;
165 }
166
167 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
168 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
169 // form).
170 //
171 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
172   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
173     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
174
175   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
176   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
177     return ConstantExpr::getFNeg(C);
178
179   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
180     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
181       return ConstantExpr::getFNeg(C);
182
183   return 0;
184 }
185
186 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
187                                              InstCombiner *IC) {
188   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I))
189     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
190
191   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
192   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
193   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
194
195   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
196     if (ConstIsRHS)
197       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
198     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
199   }
200
201   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
202   if (!ConstIsRHS)
203     std::swap(Op0, Op1);
204   
205   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
206     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
207                                     SO->getName()+".op");
208   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
209     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
210                                    SO->getName()+".cmp");
211   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
212     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
213                                    SO->getName()+".cmp");
214   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
215 }
216
217 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
218 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
219 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
220 // not have a second operand.
221 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
222   // Don't modify shared select instructions
223   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
224   Value *TV = SI->getOperand(1);
225   Value *FV = SI->getOperand(2);
226
227   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
228     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
229     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
230
231     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
232     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
233
234     return SelectInst::Create(SI->getCondition(), SelectTrueVal,
235                               SelectFalseVal);
236   }
237   return 0;
238 }
239
240
241 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
242 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
243 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
244 ///
245 /// If AllowAggressive is true, FoldOpIntoPhi will allow certain transforms
246 /// that would normally be unprofitable because they strongly encourage jump
247 /// threading.
248 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I,
249                                          bool AllowAggressive) {
250   AllowAggressive = false;
251   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
252   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
253   if (NumPHIValues == 0 ||
254       // We normally only transform phis with a single use, unless we're trying
255       // hard to make jump threading happen.
256       (!PN->hasOneUse() && !AllowAggressive))
257     return 0;
258   
259   
260   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
261   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
262   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
263   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
264   // their computation can be expensive without a cost model.
265   BasicBlock *NonConstBB = 0;
266   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i)
267     if (!isa<Constant>(PN->getIncomingValue(i)) ||
268         isa<ConstantExpr>(PN->getIncomingValue(i))) {
269       if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
270       if (isa<PHINode>(PN->getIncomingValue(i))) return 0;  // Itself a phi.
271       NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
272       
273       // If the incoming non-constant value is in I's block, we have an infinite
274       // loop.
275       if (NonConstBB == I.getParent())
276         return 0;
277     }
278   
279   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
280   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
281   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
282   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
283   if (NonConstBB != 0 && !AllowAggressive) {
284     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
285     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
286   }
287
288   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
289   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), "");
290   NewPN->reserveOperandSpace(PN->getNumOperands()/2);
291   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
292   NewPN->takeName(PN);
293
294   // Next, add all of the operands to the PHI.
295   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
296     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
297     // not the true/false values.
298     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
299     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
300     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
301     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
302       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
303       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
304       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
305       Value *InV = 0;
306       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
307         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
308       } else {
309         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
310         InV = SelectInst::Create(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
311                                  FalseVInPred,
312                                  "phitmp", NonConstBB->getTerminator());
313         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
314       }
315       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
316     }
317   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
318     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
319     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
320       Value *InV = 0;
321       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
322         if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
323           InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
324         else
325           InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
326       } else {
327         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
328         if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) 
329           InV = BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(),
330                                        PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
331                                        NonConstBB->getTerminator());
332         else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
333           InV = CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
334                                 CI->getPredicate(),
335                                 PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
336                                 NonConstBB->getTerminator());
337         else
338           llvm_unreachable("Unknown binop!");
339         
340         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
341       }
342       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
343     }
344   } else { 
345     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
346     const Type *RetTy = CI->getType();
347     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
348       Value *InV;
349       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
350         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
351       } else {
352         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
353         InV = CastInst::Create(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i), 
354                                I.getType(), "phitmp", 
355                                NonConstBB->getTerminator());
356         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
357       }
358       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
359     }
360   }
361   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
362 }
363
364 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
365 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
366 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
367 /// resultant element type, otherwise return null.
368 const Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(const Type *Ty, int64_t Offset, 
369                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
370   if (!TD) return 0;
371   if (!Ty->isSized()) return 0;
372   
373   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
374   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
375   // is something like [0 x {int, int}]
376   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
377   int64_t FirstIdx = 0;
378   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
379     FirstIdx = Offset/TySize;
380     Offset -= FirstIdx*TySize;
381     
382     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
383     if (Offset < 0) {
384       --FirstIdx;
385       Offset += TySize;
386       assert(Offset >= 0);
387     }
388     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
389   }
390   
391   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
392     
393   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
394   while (Offset) {
395     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
396     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
397       return 0;
398     
399     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
400       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
401       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
402              "Offset must stay within the indexed type");
403       
404       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
405       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
406                                             Elt));
407       
408       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
409       Ty = STy->getElementType(Elt);
410     } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
411       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
412       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
413       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
414       Offset %= EltSize;
415       Ty = AT->getElementType();
416     } else {
417       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
418       return 0;
419     }
420   }
421   
422   return Ty;
423 }
424
425
426
427 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
428   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
429
430   if (Value *V = SimplifyGEPInst(&Ops[0], Ops.size(), TD))
431     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
432
433   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
434
435   if (isa<UndefValue>(GEP.getOperand(0)))
436     return ReplaceInstUsesWith(GEP, UndefValue::get(GEP.getType()));
437
438   // Eliminate unneeded casts for indices.
439   if (TD) {
440     bool MadeChange = false;
441     unsigned PtrSize = TD->getPointerSizeInBits();
442     
443     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
444     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
445          I != E; ++I, ++GTI) {
446       if (!isa<SequentialType>(*GTI)) continue;
447       
448       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink it
449       // to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.  This
450       // explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
451       unsigned OpBits = cast<IntegerType>((*I)->getType())->getBitWidth();
452       if (OpBits == PtrSize)
453         continue;
454       
455       *I = Builder->CreateIntCast(*I, TD->getIntPtrType(GEP.getContext()),true);
456       MadeChange = true;
457     }
458     if (MadeChange) return &GEP;
459   }
460
461   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
462   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
463   // getelementptr instructions into a single instruction.
464   //
465   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
466     // Note that if our source is a gep chain itself that we wait for that
467     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
468     // avoids us creating a TON of code in some cases.
469     //
470     if (GetElementPtrInst *SrcGEP =
471           dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src->getOperand(0)))
472       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2)
473         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
474
475     SmallVector<Value*, 8> Indices;
476
477     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
478     bool EndsWithSequential = false;
479     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
480          I != E; ++I)
481       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
482
483     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
484     if (EndsWithSequential) {
485       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
486       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
487       //
488       Value *Sum;
489       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
490       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
491       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
492         Sum = GO1;
493       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
494         Sum = SO1;
495       } else {
496         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
497         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
498         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
499         // normalized.
500         if (SO1->getType() != GO1->getType())
501           return 0;
502         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
503       }
504
505       // Update the GEP in place if possible.
506       if (Src->getNumOperands() == 2) {
507         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
508         GEP.setOperand(1, Sum);
509         return &GEP;
510       }
511       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
512       Indices.push_back(Sum);
513       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
514     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
515                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
516                Src->getNumOperands() != 1) {
517       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
518       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
519       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
520     }
521
522     if (!Indices.empty())
523       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
524         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
525                                           Indices.end(), GEP.getName()) :
526         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
527                                   Indices.end(), GEP.getName());
528   }
529   
530   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
531   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
532   if (StrippedPtr != PtrOp) {
533     const PointerType *StrippedPtrTy =cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
534
535     bool HasZeroPointerIndex = false;
536     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
537       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
538     
539     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
540     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
541     //
542     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
543     //           into     : GEP i8* X, ...
544     // 
545     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
546     if (HasZeroPointerIndex) {
547       const PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
548       if (const ArrayType *CATy =
549           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
550         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
551         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
552           // -> GEP i8* X, ...
553           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
554           GetElementPtrInst *Res =
555             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx.begin(),
556                                       Idx.end(), GEP.getName());
557           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
558           return Res;
559         }
560         
561         if (const ArrayType *XATy =
562               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
563           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
564           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
565             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
566             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
567             // to an array of the same type as the destination pointer
568             // array.  Because the array type is never stepped over (there
569             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
570             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
571             return &GEP;
572           }
573         }
574       }
575     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
576       // Transform things like:
577       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
578       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
579       const Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
580       const Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
581       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
582           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
583           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
584         Value *Idx[2];
585         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
586         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
587         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
588           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName()) :
589           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
590         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
591         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
592       }
593       
594       // Transform things like:
595       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
596       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
597       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
598       
599       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() && ResElTy->isIntegerTy(8)) {
600         uint64_t ArrayEltSize =
601             TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
602         
603         // Check to see if "tmp" is a scale by a multiple of ArrayEltSize.  We
604         // allow either a mul, shift, or constant here.
605         Value *NewIdx = 0;
606         ConstantInt *Scale = 0;
607         if (ArrayEltSize == 1) {
608           NewIdx = GEP.getOperand(1);
609           Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(NewIdx->getType()), 1);
610         } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1))) {
611           NewIdx = ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
612           Scale = CI;
613         } else if (Instruction *Inst =dyn_cast<Instruction>(GEP.getOperand(1))){
614           if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl &&
615               isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
616             ConstantInt *ShAmt = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
617             uint32_t ShAmtVal = ShAmt->getLimitedValue(64);
618             Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Inst->getType()),
619                                      1ULL << ShAmtVal);
620             NewIdx = Inst->getOperand(0);
621           } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Mul &&
622                      isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
623             Scale = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
624             NewIdx = Inst->getOperand(0);
625           }
626         }
627         
628         // If the index will be to exactly the right offset with the scale taken
629         // out, perform the transformation. Note, we don't know whether Scale is
630         // signed or not. We'll use unsigned version of division/modulo
631         // operation after making sure Scale doesn't have the sign bit set.
632         if (ArrayEltSize && Scale && Scale->getSExtValue() >= 0LL &&
633             Scale->getZExtValue() % ArrayEltSize == 0) {
634           Scale = ConstantInt::get(Scale->getType(),
635                                    Scale->getZExtValue() / ArrayEltSize);
636           if (Scale->getZExtValue() != 1) {
637             Constant *C = ConstantExpr::getIntegerCast(Scale, NewIdx->getType(),
638                                                        false /*ZExt*/);
639             NewIdx = Builder->CreateMul(NewIdx, C, "idxscale");
640           }
641
642           // Insert the new GEP instruction.
643           Value *Idx[2];
644           Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
645           Idx[1] = NewIdx;
646           Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
647             Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2,GEP.getName()):
648             Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
649           // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
650           return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
651         }
652       }
653     }
654   }
655   
656   /// See if we can simplify:
657   ///   X = bitcast A* to B*
658   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
659   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
660   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
661   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
662     if (TD &&
663         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices()) {
664       // Determine how much the GEP moves the pointer.  We are guaranteed to get
665       // a constant back from EmitGEPOffset.
666       ConstantInt *OffsetV = cast<ConstantInt>(EmitGEPOffset(&GEP));
667       int64_t Offset = OffsetV->getSExtValue();
668       
669       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
670       // with a bitcast of the real input to the dest type.
671       if (Offset == 0) {
672         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
673         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
674         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
675             isMalloc(BCI->getOperand(0))) {
676           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
677           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
678             if (I != BCI) {
679               I->takeName(BCI);
680               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
681               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
682             }
683             return &GEP;
684           }
685         }
686         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
687       }
688       
689       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
690       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
691       // GEP.
692       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
693       const Type *InTy =
694         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
695       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
696         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
697           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
698                                      NewIndices.end()) :
699           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
700                              NewIndices.end());
701         
702         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
703           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
704         NGEP->takeName(&GEP);
705         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
706       }
707     }
708   }    
709     
710   return 0;
711 }
712
713
714
715 static bool IsOnlyNullComparedAndFreed(const Value &V) {
716   for (Value::const_use_iterator UI = V.use_begin(), UE = V.use_end();
717        UI != UE; ++UI) {
718     const User *U = *UI;
719     if (isFreeCall(U))
720       continue;
721     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U))
722       if (ICI->isEquality() && isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
723         continue;
724     return false;
725   }
726   return true;
727 }
728
729 Instruction *InstCombiner::visitMalloc(Instruction &MI) {
730   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
731   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
732   // true or false as appropriate.
733   if (IsOnlyNullComparedAndFreed(MI)) {
734     for (Value::use_iterator UI = MI.use_begin(), UE = MI.use_end();
735          UI != UE;) {
736       // We can assume that every remaining use is a free call or an icmp eq/ne
737       // to null, so the cast is safe.
738       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
739
740       // Early increment here, as we're about to get rid of the user.
741       ++UI;
742
743       if (isFreeCall(I)) {
744         EraseInstFromFunction(*cast<CallInst>(I));
745         continue;
746       }
747       // Again, the cast is safe.
748       ICmpInst *C = cast<ICmpInst>(I);
749       ReplaceInstUsesWith(*C, ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
750                                                C->isFalseWhenEqual()));
751       EraseInstFromFunction(*C);
752     }
753     return EraseInstFromFunction(MI);
754   }
755   return 0;
756 }
757
758
759
760 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
761   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
762
763   // free undef -> unreachable.
764   if (isa<UndefValue>(Op)) {
765     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
766     new StoreInst(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
767            UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())), &FI);
768     return EraseInstFromFunction(FI);
769   }
770   
771   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
772   // when lots of inlining happens.
773   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
774     return EraseInstFromFunction(FI);
775
776   return 0;
777 }
778
779
780
781 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
782   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
783   Value *X = 0;
784   BasicBlock *TrueDest;
785   BasicBlock *FalseDest;
786   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
787       !isa<Constant>(X)) {
788     // Swap Destinations and condition...
789     BI.setCondition(X);
790     BI.setSuccessor(0, FalseDest);
791     BI.setSuccessor(1, TrueDest);
792     return &BI;
793   }
794
795   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
796   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
797   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)), 
798                              TrueDest, FalseDest)) &&
799       BI.getCondition()->hasOneUse())
800     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
801         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
802       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
803       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
804       
805       // Swap Destinations and condition.
806       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
807       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
808       Worklist.Add(Cond);
809       return &BI;
810     }
811
812   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
813   ICmpInst::Predicate IPred;
814   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
815                       TrueDest, FalseDest)) &&
816       BI.getCondition()->hasOneUse())
817     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
818         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
819         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
820       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
821       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
822       // Swap Destinations and condition.
823       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
824       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
825       Worklist.Add(Cond);
826       return &BI;
827     }
828
829   return 0;
830 }
831
832 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
833   Value *Cond = SI.getCondition();
834   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
835     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
836       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
837         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
838         for (unsigned i = 2, e = SI.getNumOperands(); i != e; i += 2)
839           SI.setOperand(i,
840                    ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(SI.getOperand(i)),
841                                                 AddRHS));
842         SI.setOperand(0, I->getOperand(0));
843         Worklist.Add(I);
844         return &SI;
845       }
846   }
847   return 0;
848 }
849
850 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
851   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
852
853   if (!EV.hasIndices())
854     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
855
856   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
857     if (isa<UndefValue>(C))
858       return ReplaceInstUsesWith(EV, UndefValue::get(EV.getType()));
859       
860     if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
861       return ReplaceInstUsesWith(EV, Constant::getNullValue(EV.getType()));
862
863     if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C)) {
864       // Extract the element indexed by the first index out of the constant
865       Value *V = C->getOperand(*EV.idx_begin());
866       if (EV.getNumIndices() > 1)
867         // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
868         // first index
869         return ExtractValueInst::Create(V, EV.idx_begin() + 1, EV.idx_end());
870       else
871         return ReplaceInstUsesWith(EV, V);
872     }
873     return 0; // Can't handle other constants
874   } 
875   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
876     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
877     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
878     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
879          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
880          exti != exte && insi != inse;
881          ++exti, ++insi) {
882       if (*insi != *exti)
883         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
884         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
885         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
886         // operand of the insert. i.e., replace
887         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
888         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
889         // with
890         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
891         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
892                                         EV.idx_begin(), EV.idx_end());
893     }
894     if (exti == exte && insi == inse)
895       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
896       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
897       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
898       // with "i32 42"
899       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
900     if (exti == exte) {
901       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
902       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
903       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
904       // with
905       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
906       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
907       // by switching the order of the insert and extract (though the
908       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
909       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
910                                                  EV.idx_begin(), EV.idx_end());
911       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
912                                      insi, inse);
913     }
914     if (insi == inse)
915       // The insert list is a prefix of the extract list
916       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
917       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
918       // i.e., replace
919       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
920       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
921       // with
922       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
923       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(), 
924                                       exti, exte);
925   }
926   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
927     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
928     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
929     // just get one value.
930     if (II->hasOneUse()) {
931       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
932       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
933       // and replace it with a traditional binary instruction.
934       switch (II->getIntrinsicID()) {
935       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
936       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
937         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
938           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
939           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
940           EraseInstFromFunction(*II);
941           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
942         }
943         break;
944       case Intrinsic::usub_with_overflow:
945       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
946         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
947           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
948           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
949           EraseInstFromFunction(*II);
950           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
951         }
952         break;
953       case Intrinsic::umul_with_overflow:
954       case Intrinsic::smul_with_overflow:
955         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
956           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
957           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
958           EraseInstFromFunction(*II);
959           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
960         }
961         break;
962       default:
963         break;
964       }
965     }
966   }
967   // Can't simplify extracts from other values. Note that nested extracts are
968   // already simplified implicitely by the above (extract ( extract (insert) )
969   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
970   // the value inserted, if appropriate).
971   return 0;
972 }
973
974
975
976
977 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
978 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
979 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
980 /// end of its block.
981 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
982   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
983
984   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
985   if (isa<PHINode>(I) || I->mayHaveSideEffects() || isa<TerminatorInst>(I))
986     return false;
987
988   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
989   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
990         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
991     return false;
992
993   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
994   // the end of block that could change the value.
995   if (I->mayReadFromMemory()) {
996     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
997          Scan != E; ++Scan)
998       if (Scan->mayWriteToMemory())
999         return false;
1000   }
1001
1002   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstNonPHI();
1003
1004   I->moveBefore(InsertPos);
1005   ++NumSunkInst;
1006   return true;
1007 }
1008
1009
1010 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
1011 /// all reachable code to the worklist.
1012 ///
1013 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
1014 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
1015 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
1016 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
1017 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
1018 ///
1019 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, 
1020                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
1021                                        InstCombiner &IC,
1022                                        const TargetData *TD) {
1023   bool MadeIRChange = false;
1024   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
1025   Worklist.push_back(BB);
1026   
1027   std::vector<Instruction*> InstrsForInstCombineWorklist;
1028   InstrsForInstCombineWorklist.reserve(128);
1029
1030   SmallPtrSet<ConstantExpr*, 64> FoldedConstants;
1031   
1032   do {
1033     BB = Worklist.pop_back_val();
1034     
1035     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
1036     if (!Visited.insert(BB)) continue;
1037
1038     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
1039       Instruction *Inst = BBI++;
1040       
1041       // DCE instruction if trivially dead.
1042       if (isInstructionTriviallyDead(Inst)) {
1043         ++NumDeadInst;
1044         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
1045         Inst->eraseFromParent();
1046         continue;
1047       }
1048       
1049       // ConstantProp instruction if trivially constant.
1050       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
1051         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
1052           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
1053                        << *Inst << '\n');
1054           Inst->replaceAllUsesWith(C);
1055           ++NumConstProp;
1056           Inst->eraseFromParent();
1057           continue;
1058         }
1059       
1060       if (TD) {
1061         // See if we can constant fold its operands.
1062         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
1063              i != e; ++i) {
1064           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
1065           if (CE == 0) continue;
1066           
1067           // If we already folded this constant, don't try again.
1068           if (!FoldedConstants.insert(CE))
1069             continue;
1070           
1071           Constant *NewC = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
1072           if (NewC && NewC != CE) {
1073             *i = NewC;
1074             MadeIRChange = true;
1075           }
1076         }
1077       }
1078
1079       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
1080     }
1081
1082     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
1083     // constant, only visit the reachable successor.
1084     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1085     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1086       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
1087         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
1088         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
1089         Worklist.push_back(ReachableBB);
1090         continue;
1091       }
1092     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1093       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1094         // See if this is an explicit destination.
1095         for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1096           if (SI->getCaseValue(i) == Cond) {
1097             BasicBlock *ReachableBB = SI->getSuccessor(i);
1098             Worklist.push_back(ReachableBB);
1099             continue;
1100           }
1101         
1102         // Otherwise it is the default destination.
1103         Worklist.push_back(SI->getSuccessor(0));
1104         continue;
1105       }
1106     }
1107     
1108     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1109       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
1110   } while (!Worklist.empty());
1111   
1112   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
1113   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
1114   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
1115   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
1116   // some N^2 behavior in pathological cases.
1117   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
1118                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
1119   
1120   return MadeIRChange;
1121 }
1122
1123 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
1124   MadeIRChange = false;
1125   
1126   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
1127         << F.getNameStr() << "\n");
1128
1129   {
1130     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
1131     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
1132     // track of which blocks we visit.
1133     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
1134     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD);
1135
1136     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
1137     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
1138     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
1139     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
1140       if (!Visited.count(BB)) {
1141         Instruction *Term = BB->getTerminator();
1142         while (Term != BB->begin()) {   // Remove instrs bottom-up
1143           BasicBlock::iterator I = Term; --I;
1144
1145           DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1146           // A debug intrinsic shouldn't force another iteration if we weren't
1147           // going to do one without it.
1148           if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1149             ++NumDeadInst;
1150             MadeIRChange = true;
1151           }
1152
1153           // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
1154           // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
1155           if (!I->getType()->isVoidTy())
1156             I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1157           I->eraseFromParent();
1158         }
1159       }
1160   }
1161
1162   while (!Worklist.isEmpty()) {
1163     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
1164     if (I == 0) continue;  // skip null values.
1165
1166     // Check to see if we can DCE the instruction.
1167     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1168       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1169       EraseInstFromFunction(*I);
1170       ++NumDeadInst;
1171       MadeIRChange = true;
1172       continue;
1173     }
1174
1175     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
1176     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
1177       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD)) {
1178         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
1179
1180         // Add operands to the worklist.
1181         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1182         ++NumConstProp;
1183         EraseInstFromFunction(*I);
1184         MadeIRChange = true;
1185         continue;
1186       }
1187
1188     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
1189     if (I->hasOneUse()) {
1190       BasicBlock *BB = I->getParent();
1191       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
1192       BasicBlock *UserParent;
1193       
1194       // Get the block the use occurs in.
1195       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
1196         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
1197       else
1198         UserParent = UserInst->getParent();
1199       
1200       if (UserParent != BB) {
1201         bool UserIsSuccessor = false;
1202         // See if the user is one of our successors.
1203         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
1204           if (*SI == UserParent) {
1205             UserIsSuccessor = true;
1206             break;
1207           }
1208
1209         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
1210         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
1211         // otherwise), we can keep going.
1212         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
1213           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
1214           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
1215       }
1216     }
1217
1218     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
1219     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
1220     
1221 #ifndef NDEBUG
1222     std::string OrigI;
1223 #endif
1224     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
1225     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
1226
1227     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
1228       ++NumCombined;
1229       // Should we replace the old instruction with a new one?
1230       if (Result != I) {
1231         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
1232                      << "    New = " << *Result << '\n');
1233
1234         // Everything uses the new instruction now.
1235         I->replaceAllUsesWith(Result);
1236
1237         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
1238         Worklist.Add(Result);
1239         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
1240
1241         // Move the name to the new instruction first.
1242         Result->takeName(I);
1243
1244         // Insert the new instruction into the basic block...
1245         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
1246         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
1247
1248         if (!isa<PHINode>(Result))        // If combining a PHI, don't insert
1249           while (isa<PHINode>(InsertPos)) // middle of a block of PHIs.
1250             ++InsertPos;
1251
1252         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
1253
1254         EraseInstFromFunction(*I);
1255       } else {
1256 #ifndef NDEBUG
1257         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
1258                      << "    New = " << *I << '\n');
1259 #endif
1260
1261         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
1262         // if so, remove it.
1263         if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1264           EraseInstFromFunction(*I);
1265         } else {
1266           Worklist.Add(I);
1267           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
1268         }
1269       }
1270       MadeIRChange = true;
1271     }
1272   }
1273
1274   Worklist.Zap();
1275   return MadeIRChange;
1276 }
1277
1278
1279 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
1280   MustPreserveLCSSA = mustPreserveAnalysisID(LCSSAID);
1281   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1282
1283   
1284   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
1285   /// instructions into the worklist when they are created.
1286   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> 
1287     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
1288                InstCombineIRInserter(Worklist));
1289   Builder = &TheBuilder;
1290   
1291   bool EverMadeChange = false;
1292
1293   // Iterate while there is work to do.
1294   unsigned Iteration = 0;
1295   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
1296     EverMadeChange = true;
1297   
1298   Builder = 0;
1299   return EverMadeChange;
1300 }
1301
1302 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
1303   return new InstCombiner();
1304 }