Update SetVector to rely on the underlying set's insert to return a pair<iterator...
[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/AssumptionTracker.h"
43 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
44 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
45 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
46 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
47 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
48 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
49 #include "llvm/IR/CFG.h"
50 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
53 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
54 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
55 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
56 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
57 #include "llvm/Support/Debug.h"
58 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
59 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
60 #include <algorithm>
61 #include <climits>
62 using namespace llvm;
63 using namespace llvm::PatternMatch;
64
65 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
66
67 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
68 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
69 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
70 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
71 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
72 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
73 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
74
75 // Initialization Routines
76 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
77   initializeInstCombinerPass(Registry);
78 }
79
80 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
81   initializeInstCombine(*unwrap(R));
82 }
83
84 char InstCombiner::ID = 0;
85 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
86                 "Combine redundant instructions", false, false)
87 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
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<AssumptionTracker>();
95   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
96 }
97
98
99 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
100   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
101 }
102
103 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
104 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
105 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
106 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
107   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
108
109   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
110   if (!DL) return false;
111
112   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
113   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
114   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
115   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
116
117   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
118   // type, don't do the transformation.
119   if (FromLegal && !ToLegal)
120     return false;
121
122   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
123   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
124   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
125     return false;
126
127   return true;
128 }
129
130 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
131 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
132 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
133 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
134 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
135 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
136   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
137   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
138     return false;
139   }
140
141   // We reason about Add and Sub Only.
142   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
143   if (Opcode != Instruction::Add &&
144       Opcode != Instruction::Sub) {
145     return false;
146   }
147
148   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
149   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
150
151   if (!CB || !CC) {
152     return false;
153   }
154
155   const APInt &BVal = CB->getValue();
156   const APInt &CVal = CC->getValue();
157   bool Overflow = false;
158
159   if (Opcode == Instruction::Add) {
160     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
161   } else {
162     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
163   }
164
165   return !Overflow;
166 }
167
168 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
169 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
170 /// preserved.
171 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
172   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
173   if (!FPMO) {
174     I.clearSubclassOptionalData();
175     return;
176   }
177
178   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
179   I.clearSubclassOptionalData();
180   I.setFastMathFlags(FMF);
181 }
182
183 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
184 /// operators which are associative or commutative:
185 //
186 //  Commutative operators:
187 //
188 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
189 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
190 //     binary operators.
191 //
192 //  Associative operators:
193 //
194 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
195 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
196 //
197 //  Associative and commutative operators:
198 //
199 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
200 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
201 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
202 //     if C1 and C2 are constants.
203 //
204 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
205   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
206   bool Changed = false;
207
208   do {
209     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
210     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
211     // binary operators.
212     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
213         getComplexity(I.getOperand(1)))
214       Changed = !I.swapOperands();
215
216     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
217     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
218
219     if (I.isAssociative()) {
220       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
221       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
222         Value *A = Op0->getOperand(0);
223         Value *B = Op0->getOperand(1);
224         Value *C = I.getOperand(1);
225
226         // Does "B op C" simplify?
227         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
228           // It simplifies to V.  Form "A op V".
229           I.setOperand(0, A);
230           I.setOperand(1, V);
231           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
232           // preserved by the reassociation.
233           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
234               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
235             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
236             // the operands to Op0.
237             I.clearSubclassOptionalData();
238             I.setHasNoSignedWrap(true);
239           } else {
240             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
241           }
242
243           Changed = true;
244           ++NumReassoc;
245           continue;
246         }
247       }
248
249       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
250       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
251         Value *A = I.getOperand(0);
252         Value *B = Op1->getOperand(0);
253         Value *C = Op1->getOperand(1);
254
255         // Does "A op B" simplify?
256         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
257           // It simplifies to V.  Form "V op C".
258           I.setOperand(0, V);
259           I.setOperand(1, C);
260           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
261           // preserved by the reassociation.
262           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
263           Changed = true;
264           ++NumReassoc;
265           continue;
266         }
267       }
268     }
269
270     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
271       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
272       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
273         Value *A = Op0->getOperand(0);
274         Value *B = Op0->getOperand(1);
275         Value *C = I.getOperand(1);
276
277         // Does "C op A" simplify?
278         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
279           // It simplifies to V.  Form "V op B".
280           I.setOperand(0, V);
281           I.setOperand(1, B);
282           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
283           // preserved by the reassociation.
284           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
285           Changed = true;
286           ++NumReassoc;
287           continue;
288         }
289       }
290
291       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
292       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
293         Value *A = I.getOperand(0);
294         Value *B = Op1->getOperand(0);
295         Value *C = Op1->getOperand(1);
296
297         // Does "C op A" simplify?
298         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
299           // It simplifies to V.  Form "B op V".
300           I.setOperand(0, B);
301           I.setOperand(1, V);
302           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
303           // preserved by the reassociation.
304           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
305           Changed = true;
306           ++NumReassoc;
307           continue;
308         }
309       }
310
311       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
312       // if C1 and C2 are constants.
313       if (Op0 && Op1 &&
314           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
315           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
316           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
317           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
318         Value *A = Op0->getOperand(0);
319         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
320         Value *B = Op1->getOperand(0);
321         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
322
323         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
324         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
325         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
326           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
327           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
328           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
329           New->setFastMathFlags(Flags);
330         }
331         InsertNewInstWith(New, I);
332         New->takeName(Op1);
333         I.setOperand(0, New);
334         I.setOperand(1, Folded);
335         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
336         // preserved by the reassociation.
337         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
338
339         Changed = true;
340         continue;
341       }
342     }
343
344     // No further simplifications.
345     return Changed;
346   } while (1);
347 }
348
349 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
350 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
351 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
352                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
353   switch (LOp) {
354   default:
355     return false;
356
357   case Instruction::And:
358     // And distributes over Or and Xor.
359     switch (ROp) {
360     default:
361       return false;
362     case Instruction::Or:
363     case Instruction::Xor:
364       return true;
365     }
366
367   case Instruction::Mul:
368     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
369     switch (ROp) {
370     default:
371       return false;
372     case Instruction::Add:
373     case Instruction::Sub:
374       return true;
375     }
376
377   case Instruction::Or:
378     // Or distributes over And.
379     switch (ROp) {
380     default:
381       return false;
382     case Instruction::And:
383       return true;
384     }
385   }
386 }
387
388 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
389 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
390 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
391                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
392   if (Instruction::isCommutative(ROp))
393     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
394
395   switch (LOp) {
396   default:
397     return false;
398   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
399   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
400   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
401   case Instruction::And:
402   case Instruction::Or:
403   case Instruction::Xor:
404     switch (ROp) {
405     default:
406       return false;
407     case Instruction::Shl:
408     case Instruction::LShr:
409     case Instruction::AShr:
410       return true;
411     }
412   }
413   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
414   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
415   // such subtleties.
416   return false;
417 }
418
419 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
420 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
421 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
422   if (isa<Constant>(V))
423     return nullptr;
424
425   if (OpCode == Instruction::Mul)
426     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
427
428   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
429
430   return nullptr;
431 }
432
433 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
434 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
435 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
436 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
437 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
438 /// RHS to 4.
439 static Instruction::BinaryOps
440 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
441                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
442   if (!Op)
443     return Instruction::BinaryOpsEnd;
444
445   LHS = Op->getOperand(0);
446   RHS = Op->getOperand(1);
447
448   switch (TopLevelOpcode) {
449   default:
450     return Op->getOpcode();
451
452   case Instruction::Add:
453   case Instruction::Sub:
454     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
455       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
456         // The multiplier is really 1 << CST.
457         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
458         return Instruction::Mul;
459       }
460     }
461     return Op->getOpcode();
462   }
463
464   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
465 }
466
467 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
468 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
469 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
470                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
471                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
472                                Value *B, Value *C, Value *D) {
473
474   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
475   // Checking A and C should be enough.
476   if (!A || !C || !B || !D)
477     return nullptr;
478
479   Value *SimplifiedInst = nullptr;
480   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
481   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
482
483   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
484   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
485
486   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
487   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
488     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
489     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
490     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
491       if (A != C)
492         std::swap(C, D);
493       // Consider forming "A op' (B op D)".
494       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
495       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
496       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
497       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
498       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
499         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
500       if (V) {
501         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
502       }
503     }
504
505   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
506   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
507     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
508     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
509     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
510       if (B != D)
511         std::swap(C, D);
512       // Consider forming "(A op C) op' B".
513       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
514       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
515
516       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
517       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
518       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
519         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
520       if (V) {
521         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
522       }
523     }
524
525   if (SimplifiedInst) {
526     ++NumFactor;
527     SimplifiedInst->takeName(&I);
528
529     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
530     // TODO: Check for NUW.
531     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
532       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
533         bool HasNSW = false;
534         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
535           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
536
537         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
538           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
539             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
540
541         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
542           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
543             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
544         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
545       }
546     }
547   }
548   return SimplifiedInst;
549 }
550
551 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
552 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
553 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
554 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
555 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
556 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
557   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
558   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
559   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
560
561   // Factorization.
562   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
563   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
564   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
565   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
566
567   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
568   // a common term.
569   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
570     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
571       return V;
572   }
573
574   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
575   // term.
576   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
577                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
578     return V;
579
580   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
581   // term.
582   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
583                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
584     return V;
585
586   // Expansion.
587   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
588     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
589     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
590     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
591     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
592
593     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
594     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
595       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
596         // They do! Return "L op' R".
597         ++NumExpand;
598         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
599         if ((L == A && R == B) ||
600             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
601           return Op0;
602         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
603         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
604           return V;
605         // Otherwise, create a new instruction.
606         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
607         C->takeName(&I);
608         return C;
609       }
610   }
611
612   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
613     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
614     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
615     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
616     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
617
618     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
619     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
620       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
621         // They do! Return "L op' R".
622         ++NumExpand;
623         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
624         if ((L == B && R == C) ||
625             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
626           return Op1;
627         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
628         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
629           return V;
630         // Otherwise, create a new instruction.
631         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
632         A->takeName(&I);
633         return A;
634       }
635   }
636
637   return nullptr;
638 }
639
640 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
641 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
642 //
643 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
644   if (BinaryOperator::isNeg(V))
645     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
646
647   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
648   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
649     return ConstantExpr::getNeg(C);
650
651   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
652     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
653       return ConstantExpr::getNeg(C);
654
655   return nullptr;
656 }
657
658 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
659 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
660 // form).
661 //
662 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
663   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
664     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
665
666   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
667   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
668     return ConstantExpr::getFNeg(C);
669
670   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
671     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
672       return ConstantExpr::getFNeg(C);
673
674   return nullptr;
675 }
676
677 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
678                                              InstCombiner *IC) {
679   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
680     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
681   }
682
683   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
684   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
685   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
686
687   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
688     if (ConstIsRHS)
689       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
690     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
691   }
692
693   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
694   if (!ConstIsRHS)
695     std::swap(Op0, Op1);
696
697   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
698     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
699                                     SO->getName()+".op");
700     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
701     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
702       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
703     return RI;
704   }
705   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
706     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
707                                    SO->getName()+".cmp");
708   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
709     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
710                                    SO->getName()+".cmp");
711   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
712 }
713
714 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
715 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
716 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
717 // not have a second operand.
718 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
719   // Don't modify shared select instructions
720   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
721   Value *TV = SI->getOperand(1);
722   Value *FV = SI->getOperand(2);
723
724   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
725     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
726     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
727
728     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
729     // elements on both sides.
730     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
731       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
732       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
733
734       // Verify that either both or neither are vectors.
735       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
736       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
737       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
738         return nullptr;
739     }
740
741     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
742     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
743
744     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
745                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
746   }
747   return nullptr;
748 }
749
750
751 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
752 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
753 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
754 ///
755 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
756   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
757   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
758   if (NumPHIValues == 0)
759     return nullptr;
760
761   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
762   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
763   // uses into the PHI.
764   if (!PN->hasOneUse()) {
765     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
766     for (User *U : PN->users()) {
767       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
768       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
769         return nullptr;
770     }
771     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
772   }
773
774   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
775   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
776   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
777   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
778   // their computation can be expensive without a cost model.
779   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
780   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
781     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
782     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
783       continue;
784
785     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
786     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
787
788     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
789
790     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
791     // insert a computation after it without breaking the edge.
792     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
793       if (II->getParent() == NonConstBB)
794         return nullptr;
795
796     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
797     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
798     // instcombine.
799     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, DT,
800                                getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>()))
801       return nullptr;
802   }
803
804   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
805   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
806   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
807   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
808   if (NonConstBB != nullptr) {
809     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
810     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
811   }
812
813   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
814   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
815   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
816   NewPN->takeName(PN);
817
818   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
819   // predecessors terminator.
820   if (NonConstBB)
821     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
822
823   // Next, add all of the operands to the PHI.
824   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
825     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
826     // not the true/false values.
827     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
828     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
829     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
830     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
831       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
832       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
833       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
834       Value *InV = nullptr;
835       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
836       // even if currently isNullValue gives false.
837       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
838       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
839         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
840       else
841         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
842                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
843       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
844     }
845   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
846     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
847     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
848       Value *InV = nullptr;
849       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
850         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
851       else if (isa<ICmpInst>(CI))
852         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
853                                   C, "phitmp");
854       else
855         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
856                                   C, "phitmp");
857       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
858     }
859   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
860     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
861     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
862       Value *InV = nullptr;
863       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
864         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
865       else
866         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
867                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
868       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
869     }
870   } else {
871     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
872     Type *RetTy = CI->getType();
873     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
874       Value *InV;
875       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
876         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
877       else
878         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
879                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
880       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
881     }
882   }
883
884   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
885     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
886     if (User == &I) continue;
887     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
888     EraseInstFromFunction(*User);
889   }
890   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
891 }
892
893 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
894 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
895 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
896 /// return the resultant element type, otherwise return null.
897 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
898                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
899   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
900
901   if (!DL)
902     return nullptr;
903
904   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
905   if (!Ty->isSized())
906     return nullptr;
907
908   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
909   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
910   // is something like [0 x {int, int}]
911   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
912   int64_t FirstIdx = 0;
913   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
914     FirstIdx = Offset/TySize;
915     Offset -= FirstIdx*TySize;
916
917     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
918     if (Offset < 0) {
919       --FirstIdx;
920       Offset += TySize;
921       assert(Offset >= 0);
922     }
923     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
924   }
925
926   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
927
928   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
929   while (Offset) {
930     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
931     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
932       return nullptr;
933
934     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
935       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
936       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
937              "Offset must stay within the indexed type");
938
939       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
940       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
941                                             Elt));
942
943       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
944       Ty = STy->getElementType(Elt);
945     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
946       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
947       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
948       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
949       Offset %= EltSize;
950       Ty = AT->getElementType();
951     } else {
952       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
953       return nullptr;
954     }
955   }
956
957   return Ty;
958 }
959
960 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
961   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
962   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
963   // the indices.
964   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
965       !Src.hasOneUse())
966     return false;
967   return true;
968 }
969
970 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
971 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
972 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
973   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
974   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
975          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
976
977   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
978   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
979     NoSignedWrap = true;
980     return Val;
981   }
982
983   // If Scale is zero then it does not divide Val.
984   if (Scale.isMinValue())
985     return nullptr;
986
987   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
988   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
989   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
990   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
991   // down from Val:
992   //
993   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
994   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
995   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
996   //
997   // Then to modify a term at the bottom:
998   //
999   //     Val = M1 * X
1000   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1001   //
1002   // Then to work back up correcting nsw flags.
1003
1004   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1005   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1006   Value *Op = Val;
1007
1008   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1009   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1010   // 0'th operand of Val.
1011   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1012
1013   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
1014   // levels that doesn't overflow.
1015   bool RequireNoSignedWrap = false;
1016
1017   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
1018   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1019
1020   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1021
1022     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1023       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1024       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1025       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1026       if (!Remainder.isMinValue())
1027         // Not divisible by Scale.
1028         return nullptr;
1029       // Replace with the quotient in the parent.
1030       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1031       NoSignedWrap = true;
1032       break;
1033     }
1034
1035     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1036
1037       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1038         // Multiplication.
1039         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1040         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1041           return nullptr;
1042
1043         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1044         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1045         // multiplication by something else.
1046         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1047         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1048
1049         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1050           // Multiplication by a constant.
1051           if (CI->getValue() == Scale) {
1052             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1053             // by its left-hand side in the parent.
1054             Op = LHS;
1055             break;
1056           }
1057
1058           // Otherwise drill down into the constant.
1059           if (!Op->hasOneUse())
1060             return nullptr;
1061
1062           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1063           continue;
1064         }
1065
1066         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1067         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1068         if (!Op->hasOneUse())
1069           return nullptr;
1070
1071         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1072         continue;
1073       }
1074
1075       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1076           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1077         // Multiplication by a power of 2.
1078         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1079         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1080           return nullptr;
1081
1082         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1083         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1084           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1085         // Op = LHS << Amt.
1086
1087         if (Amt == logScale) {
1088           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1089           // by its left-hand side in the parent.
1090           Op = LHS;
1091           break;
1092         }
1093         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1094           return nullptr;
1095
1096         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1097         // by the scale in the parent.
1098         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1099         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1100         break;
1101       }
1102     }
1103
1104     if (!Op->hasOneUse())
1105       return nullptr;
1106
1107     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1108       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1109         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1110         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1111         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1112         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1113         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1114         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1115         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1116         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1117         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1118           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1119           return nullptr;
1120         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1121         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1122         RequireNoSignedWrap = true;
1123
1124         // Drill down through the cast.
1125         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1126         Scale = SmallScale;
1127         continue;
1128       }
1129
1130       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1131         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1132         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1133         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1134         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1135         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1136         // from this point up in the expression (see later).
1137         if (RequireNoSignedWrap)
1138           return nullptr;
1139
1140         // Drill down through the cast.
1141         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1142         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1143         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1144         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1145           logScale = -1;
1146         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1147         continue;
1148       }
1149     }
1150
1151     // Unsupported expression, bail out.
1152     return nullptr;
1153   }
1154
1155   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1156   if (match(Op, m_Zero())) {
1157     NoSignedWrap = true;
1158     return Op;
1159   }
1160
1161   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1162   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1163   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1164   // not to overflow.
1165
1166   if (!Parent.first)
1167     // The expression only had one term.
1168     return Op;
1169
1170   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1171   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1172   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1173          "Descaling was a no-op?");
1174   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1175   Worklist.Add(Parent.first);
1176
1177   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1178   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1179   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1180   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1181   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1182   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1183   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1184   do {
1185     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1186       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1187       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1188       // from this point on up.
1189       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1190       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1191       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1192         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1193         Worklist.Add(Ancestor);
1194       }
1195     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1196       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1197       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1198       // the absolute values of the truncations.
1199       NoSignedWrap = false;
1200     }
1201     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1202            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1203
1204     if (Ancestor == Val)
1205       // Got to the top, all done!
1206       return Val;
1207
1208     // Move up one level in the expression.
1209     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1210     Ancestor = Ancestor->user_back();
1211   } while (1);
1212 }
1213
1214 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1215 /// specified one but with other operands.
1216 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1217                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1218   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1219   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1220     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1221       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1222       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1223     }
1224     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1225       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1226   }
1227   return BORes;
1228 }
1229
1230 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1231 /// \param Inst Binary operator to transform.
1232 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1233 ///         null pointer if no transformation was made.
1234 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1235   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1236
1237   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1238   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1239   // See PR20059.
1240   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1241
1242   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1243   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1244   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1245   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1246
1247   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1248   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1249   // shuffle after binary operation:
1250   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1251   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1252     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1253     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1254     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1255         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1256         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1257         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1258       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1259           RShuf->getOperand(0), Builder);
1260       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1261           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1262       return Res;
1263     }
1264   }
1265
1266   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1267   // try moving the shuffle after the binary operation.
1268   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1269   Constant *C1 = nullptr;
1270   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1271   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1272   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1273   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1274   if (Shuffle && C1 &&
1275       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1276       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1277       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1278     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1279     // Find constant C2 that has property:
1280     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1281     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1282     // reorder is not possible.
1283     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1284                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1285     bool MayChange = true;
1286     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1287       if (ShMask[I] >= 0) {
1288         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1289         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1290           MayChange = false;
1291           break;
1292         }
1293         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1294       }
1295     }
1296     if (MayChange) {
1297       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1298       Value *NewLHS, *NewRHS;
1299       if (isa<Constant>(LHS)) {
1300         NewLHS = C2;
1301         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1302       } else {
1303         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1304         NewRHS = C2;
1305       }
1306       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1307       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1308           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1309       return Res;
1310     }
1311   }
1312
1313   return nullptr;
1314 }
1315
1316 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1317   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1318
1319   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AT))
1320     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1321
1322   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1323
1324   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1325   // by multiples of a zero size type with zero.
1326   if (DL) {
1327     bool MadeChange = false;
1328     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1329
1330     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1331     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1332          I != E; ++I, ++GTI) {
1333       // Skip indices into struct types.
1334       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1335       if (!SeqTy) continue;
1336
1337       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1338       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1339       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1340           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1341         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1342           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1343           MadeChange = true;
1344         }
1345
1346       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1347       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1348         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1349         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1350         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1351         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1352         MadeChange = true;
1353       }
1354     }
1355     if (MadeChange) return &GEP;
1356   }
1357
1358   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1359   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1360     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1361     if (!Op1)
1362       return nullptr;
1363
1364     signed DI = -1;
1365
1366     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1367       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1368       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1369         return nullptr;
1370
1371       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1372       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1373
1374       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1375         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1376           return nullptr;
1377
1378         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1379           if (DI == -1) {
1380             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1381             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1382             // variable.
1383
1384             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1385             // static for struct slots
1386             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1387               return nullptr;
1388
1389             DI = J;
1390           } else {
1391             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1392             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1393             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1394             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1395             // directly supports and would need to be broken into several
1396             // simpler instructions anyway.
1397             return nullptr;
1398           }
1399         }
1400
1401         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1402         if (J > 0) {
1403           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1404             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1405           } else {
1406             CurTy = nullptr;
1407           }
1408         }
1409       }
1410     }
1411
1412     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1413
1414     if (DI == -1) {
1415       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1416       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1417       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1418                                             NewGEP);
1419     } else {
1420       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1421       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1422       // set that index.
1423       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1424       Builder->SetInsertPoint(PN);
1425       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1426                                           PN->getNumOperands());
1427       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1428
1429       for (auto &I : PN->operands())
1430         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1431                            PN->getIncomingBlock(I));
1432
1433       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1434       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1435                                             NewGEP);
1436       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1437     }
1438
1439     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1440     PtrOp = NewGEP;
1441   }
1442
1443   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1444   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1445   // getelementptr instructions into a single instruction.
1446   //
1447   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1448     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1449       return nullptr;
1450
1451     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1452     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1453     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1454     if (GEPOperator *SrcGEP =
1455           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1456       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1457         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1458
1459     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1460
1461     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1462     bool EndsWithSequential = false;
1463     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1464          I != E; ++I)
1465       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1466
1467     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1468     if (EndsWithSequential) {
1469       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1470       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1471       //
1472       Value *Sum;
1473       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1474       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1475       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1476         Sum = GO1;
1477       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1478         Sum = SO1;
1479       } else {
1480         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1481         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1482         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1483         // normalized.
1484         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1485           return nullptr;
1486         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1487       }
1488
1489       // Update the GEP in place if possible.
1490       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1491         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1492         GEP.setOperand(1, Sum);
1493         return &GEP;
1494       }
1495       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1496       Indices.push_back(Sum);
1497       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1498     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1499                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1500                Src->getNumOperands() != 1) {
1501       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1502       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1503       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1504     }
1505
1506     if (!Indices.empty())
1507       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1508         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1509                                           GEP.getName()) :
1510         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1511   }
1512
1513   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1514     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1515     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1516         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1517       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1518       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1519       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1520
1521       bool Matched = false;
1522       uint64_t C;
1523       Value *V = nullptr;
1524       if (TyAllocSize == 1) {
1525         V = GEP.getOperand(1);
1526         Matched = true;
1527       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1528                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1529         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1530           Matched = true;
1531       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1532                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1533         if (TyAllocSize == C)
1534           Matched = true;
1535       }
1536
1537       if (Matched) {
1538         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1539         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1540         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1541         // pointer arithmetic.
1542         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1543           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1544           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1545           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1546           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1547         }
1548         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1549         // to (bitcast Y)
1550         Value *Y;
1551         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1552                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1553           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1554                                                                GEP.getType());
1555         }
1556       }
1557     }
1558   }
1559
1560   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1561   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1562   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1563
1564   // We do not handle pointer-vector geps here.
1565   if (!StrippedPtrTy)
1566     return nullptr;
1567
1568   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1569     bool HasZeroPointerIndex = false;
1570     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1571       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1572
1573     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1574     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1575     //
1576     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1577     //           into     : GEP i8* X, ...
1578     //
1579     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1580     if (HasZeroPointerIndex) {
1581       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1582       if (ArrayType *CATy =
1583           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1584         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1585         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1586           // -> GEP i8* X, ...
1587           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1588           GetElementPtrInst *Res =
1589             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1590           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1591           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1592             return Res;
1593           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1594           // e.g.,
1595           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1596           // ->
1597           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1598           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1599           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1600         }
1601
1602         if (ArrayType *XATy =
1603               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1604           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1605           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1606             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1607             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1608             // to an array of the same type as the destination pointer
1609             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1610             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1611             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1612               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1613               return &GEP;
1614             }
1615             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1616             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1617             // an addrspacecast.
1618             // e.g.,
1619             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1620             //   i32 0, ...
1621             // ->
1622             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1623             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1624             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1625             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1626               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1627               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1628             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1629           }
1630         }
1631       }
1632     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1633       // Transform things like:
1634       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1635       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1636       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1637       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1638       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1639           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1640           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1641         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1642         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1643         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1644           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1645           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1646
1647         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1648         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1649                                                              GEP.getType());
1650       }
1651
1652       // Transform things like:
1653       // %V = mul i64 %N, 4
1654       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1655       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1656       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1657         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1658         // factor.
1659         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1660         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1661         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1662           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1663           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1664           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1665
1666           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1667           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1668           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1669                  "Index not cast to pointer width?");
1670
1671           bool NSW;
1672           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1673             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1674             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1675             // GEP may not be "inbounds".
1676             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1677               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1678               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1679
1680             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1681             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1682                                                                  GEP.getType());
1683           }
1684         }
1685       }
1686
1687       // Similarly, transform things like:
1688       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1689       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1690       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1691       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1692           SrcElTy->isArrayTy()) {
1693         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1694         // index by a scale factor.
1695         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1696         uint64_t ArrayEltSize
1697           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1698         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1699           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1700           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1701           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1702
1703           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1704           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1705           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1706                  "Index not cast to pointer width?");
1707
1708           bool NSW;
1709           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1710             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1711             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1712             // GEP may not be "inbounds".
1713             Value *Off[2] = {
1714               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1715               NewIdx
1716             };
1717
1718             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1719               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1720               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1721             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1722             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1723                                                                  GEP.getType());
1724           }
1725         }
1726       }
1727     }
1728   }
1729
1730   if (!DL)
1731     return nullptr;
1732
1733   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1734   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1735   // through the addrspacecast.
1736   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1737     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1738     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1739     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1740     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1741     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1742       PtrOp = BC;
1743   }
1744
1745   /// See if we can simplify:
1746   ///   X = bitcast A* to B*
1747   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1748   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1749   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1750   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1751     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1752     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1753     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1754     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1755     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1756         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1757
1758       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1759       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1760       if (!Offset) {
1761         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1762         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1763         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1764           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1765           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1766             if (I != BCI) {
1767               I->takeName(BCI);
1768               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1769               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1770             }
1771             return &GEP;
1772           }
1773         }
1774
1775         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1776           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1777         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1778       }
1779
1780       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1781       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1782       // GEP.
1783       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1784       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1785         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1786           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1787           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1788
1789         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1790           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1791         NGEP->takeName(&GEP);
1792
1793         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1794           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1795         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1796       }
1797     }
1798   }
1799
1800   return nullptr;
1801 }
1802
1803 static bool
1804 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1805                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1806   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1807   Worklist.push_back(AI);
1808
1809   do {
1810     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1811     for (User *U : PI->users()) {
1812       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1813       switch (I->getOpcode()) {
1814       default:
1815         // Give up the moment we see something we can't handle.
1816         return false;
1817
1818       case Instruction::BitCast:
1819       case Instruction::GetElementPtr:
1820         Users.push_back(I);
1821         Worklist.push_back(I);
1822         continue;
1823
1824       case Instruction::ICmp: {
1825         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1826         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1827         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1828           return false;
1829         Users.push_back(I);
1830         continue;
1831       }
1832
1833       case Instruction::Call:
1834         // Ignore no-op and store intrinsics.
1835         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1836           switch (II->getIntrinsicID()) {
1837           default:
1838             return false;
1839
1840           case Intrinsic::memmove:
1841           case Intrinsic::memcpy:
1842           case Intrinsic::memset: {
1843             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1844             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1845               return false;
1846           }
1847           // fall through
1848           case Intrinsic::dbg_declare:
1849           case Intrinsic::dbg_value:
1850           case Intrinsic::invariant_start:
1851           case Intrinsic::invariant_end:
1852           case Intrinsic::lifetime_start:
1853           case Intrinsic::lifetime_end:
1854           case Intrinsic::objectsize:
1855             Users.push_back(I);
1856             continue;
1857           }
1858         }
1859
1860         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1861           Users.push_back(I);
1862           continue;
1863         }
1864         return false;
1865
1866       case Instruction::Store: {
1867         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1868         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1869           return false;
1870         Users.push_back(I);
1871         continue;
1872       }
1873       }
1874       llvm_unreachable("missing a return?");
1875     }
1876   } while (!Worklist.empty());
1877   return true;
1878 }
1879
1880 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1881   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1882   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1883   // true or false as appropriate.
1884   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1885   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1886     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1887       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1888       if (!I) continue;
1889
1890       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1891         ReplaceInstUsesWith(*C,
1892                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1893                                              C->isFalseWhenEqual()));
1894       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1895         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1896       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1897         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1898           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1899           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1900           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1901         }
1902       }
1903       EraseInstFromFunction(*I);
1904     }
1905
1906     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1907       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1908       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1909       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1910       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1911                          None, "", II->getParent());
1912     }
1913     return EraseInstFromFunction(MI);
1914   }
1915   return nullptr;
1916 }
1917
1918 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1919 ///
1920 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1921 /// against NULL (property 0).
1922 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1923 ///
1924 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1925 /// will be removed, i.e.:
1926 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1927 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1928 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1929 ///
1930 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1931 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1932 /// profitable (e.g., for code size).
1933 static Instruction *
1934 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1935   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1936   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1937   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1938
1939   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1940   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1941   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1942   //        not be profitable even for code size.
1943   if (!PredBB)
1944     return nullptr;
1945
1946   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1947   //                         free and an unconditional branch?
1948   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1949   //        predecessor block
1950   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1951     return nullptr;
1952   BasicBlock *SuccBB;
1953   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1954     return nullptr;
1955
1956   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1957   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1958   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1959   ICmpInst::Predicate Pred;
1960   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1961     return nullptr;
1962   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1963     return nullptr;
1964
1965   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1966   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1967     return nullptr;
1968   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1969          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1970
1971   FI.moveBefore(TI);
1972   return &FI;
1973 }
1974
1975
1976 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1977   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1978
1979   // free undef -> unreachable.
1980   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1981     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1982     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1983                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1984     return EraseInstFromFunction(FI);
1985   }
1986
1987   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1988   // when lots of inlining happens.
1989   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1990     return EraseInstFromFunction(FI);
1991
1992   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1993   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1994   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1995   // if (foo) free(foo);
1996   // into
1997   // free(foo);
1998   if (MinimizeSize)
1999     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2000       return I;
2001
2002   return nullptr;
2003 }
2004
2005 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2006   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2007     return nullptr;
2008
2009   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2010   Type *VTy = ResultOp->getType();
2011   if (!VTy->isIntegerTy())
2012     return nullptr;
2013
2014   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2015   // determine the value. If so, constant fold it.
2016   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
2017   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2018   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
2019   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
2020     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
2021
2022   return nullptr;
2023 }
2024
2025 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2026   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2027   Value *X = nullptr;
2028   BasicBlock *TrueDest;
2029   BasicBlock *FalseDest;
2030   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2031       !isa<Constant>(X)) {
2032     // Swap Destinations and condition...
2033     BI.setCondition(X);
2034     BI.swapSuccessors();
2035     return &BI;
2036   }
2037
2038   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2039   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2040   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2041                              TrueDest, FalseDest)) &&
2042       BI.getCondition()->hasOneUse())
2043     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2044         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2045       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2046       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2047
2048       // Swap Destinations and condition.
2049       BI.swapSuccessors();
2050       Worklist.Add(Cond);
2051       return &BI;
2052     }
2053
2054   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2055   ICmpInst::Predicate IPred;
2056   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2057                       TrueDest, FalseDest)) &&
2058       BI.getCondition()->hasOneUse())
2059     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2060         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2061         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2062       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2063       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2064       // Swap Destinations and condition.
2065       BI.swapSuccessors();
2066       Worklist.Add(Cond);
2067       return &BI;
2068     }
2069
2070   return nullptr;
2071 }
2072
2073 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2074   Value *Cond = SI.getCondition();
2075   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2076   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2077   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2078   unsigned LeadingKnownZeros = KnownZero.countLeadingOnes();
2079   unsigned LeadingKnownOnes = KnownOne.countLeadingOnes();
2080
2081   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2082   for (auto &C : SI.cases()) {
2083     LeadingKnownZeros = std::min(
2084         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2085     LeadingKnownOnes = std::min(
2086         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2087   }
2088
2089   unsigned NewWidth = BitWidth - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2090
2091   // Truncate the condition operand if the new type is equal to or larger than
2092   // the largest legal integer type. We need to be conservative here since
2093   // x86 generates redundant zero-extenstion instructions if the operand is
2094   // truncated to i8 or i16.
2095   if (BitWidth > NewWidth && NewWidth >= DL->getLargestLegalIntTypeSize()) {
2096     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2097     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2098     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(SI.getCondition(), Ty, "trunc");
2099     SI.setCondition(NewCond);
2100
2101     for (auto &C : SI.cases())
2102       static_cast<SwitchInst::CaseIt *>(&C)->setValue(ConstantInt::get(
2103           SI.getContext(), C.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth)));
2104   }
2105
2106   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2107     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2108       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2109         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2110         // Skip the first item since that's the default case.
2111         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2112              i != e; ++i) {
2113           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2114           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2115                                                       AddRHS);
2116           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2117                  "Result of expression should be constant");
2118           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2119         }
2120         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2121         Worklist.Add(I);
2122         return &SI;
2123       }
2124   }
2125   return nullptr;
2126 }
2127
2128 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2129   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2130
2131   if (!EV.hasIndices())
2132     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2133
2134   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2135     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2136       if (EV.getNumIndices() == 0)
2137         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2138       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2139       // first index
2140       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2141     }
2142     return nullptr; // Can't handle other constants
2143   }
2144
2145   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2146     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2147     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2148     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2149          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2150          exti != exte && insi != inse;
2151          ++exti, ++insi) {
2152       if (*insi != *exti)
2153         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2154         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2155         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2156         // operand of the insert. i.e., replace
2157         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2158         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2159         // with
2160         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2161         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2162                                         EV.getIndices());
2163     }
2164     if (exti == exte && insi == inse)
2165       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2166       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2167       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2168       // with "i32 42"
2169       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2170     if (exti == exte) {
2171       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2172       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2173       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2174       // with
2175       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2176       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2177       // by switching the order of the insert and extract (though the
2178       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2179       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2180                                                  EV.getIndices());
2181       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2182                                      makeArrayRef(insi, inse));
2183     }
2184     if (insi == inse)
2185       // The insert list is a prefix of the extract list
2186       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2187       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2188       // i.e., replace
2189       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2190       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2191       // with
2192       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2193       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2194                                       makeArrayRef(exti, exte));
2195   }
2196   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2197     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2198     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2199     // just get one value.
2200     if (II->hasOneUse()) {
2201       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2202       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2203       // and replace it with a traditional binary instruction.
2204       switch (II->getIntrinsicID()) {
2205       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2206       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2207         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2208           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2209           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2210           EraseInstFromFunction(*II);
2211           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2212         }
2213
2214         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2215         // we can transform this into a range comparison.
2216         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2217         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2218           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2219             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2220                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2221         break;
2222       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2223       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2224         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2225           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2226           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2227           EraseInstFromFunction(*II);
2228           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2229         }
2230         break;
2231       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2232       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2233         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2234           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2235           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2236           EraseInstFromFunction(*II);
2237           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2238         }
2239         break;
2240       default:
2241         break;
2242       }
2243     }
2244   }
2245   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2246     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2247     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2248     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2249     //        could be done regardless of having multiple uses.
2250     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2251       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2252       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2253       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2254       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2255       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2256             I != E; ++I)
2257         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2258
2259       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2260       // the extractvalue.
2261       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2262       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2263       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2264       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2265       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2266     }
2267   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2268   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2269   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2270   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2271   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2272   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2273   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2274   // aren't handled yet.
2275   return nullptr;
2276 }
2277
2278 enum Personality_Type {
2279   Unknown_Personality,
2280   GNU_Ada_Personality,
2281   GNU_CXX_Personality,
2282   GNU_ObjC_Personality
2283 };
2284
2285 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2286 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2287 /// otherwise return Unknown_Personality.
2288 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2289   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2290   if (!F)
2291     return Unknown_Personality;
2292   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2293     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2294     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2295     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2296     .Default(Unknown_Personality);
2297 }
2298
2299 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2300 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2301   switch (Personality) {
2302   case Unknown_Personality:
2303     return false;
2304   case GNU_Ada_Personality:
2305     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2306     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2307     return false;
2308   case GNU_CXX_Personality:
2309   case GNU_ObjC_Personality:
2310     return TypeInfo->isNullValue();
2311   }
2312   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2313 }
2314
2315 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2316   return
2317     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2318   <
2319     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2320 }
2321
2322 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2323   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2324   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2325   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2326   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2327
2328   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2329   // (these are often created by inlining).
2330   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2331   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2332   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2333
2334   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2335   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2336     bool isLastClause = i + 1 == e;
2337     if (LI.isCatch(i)) {
2338       // A catch clause.
2339       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2340       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2341
2342       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2343       // copy of it.
2344       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2345         // This catch clause was not already seen.
2346         NewClauses.push_back(CatchClause);
2347       } else {
2348         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2349         MakeNewInstruction = true;
2350       }
2351
2352       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2353       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2354       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2355         if (!isLastClause)
2356           MakeNewInstruction = true;
2357         CleanupFlag = false;
2358         break;
2359       }
2360     } else {
2361       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2362       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2363       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2364       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2365       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2366       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2367       // class derived from it).
2368       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2369       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2370       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2371       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2372
2373       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2374       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2375       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2376       if (!NumTypeInfos) {
2377         NewClauses.push_back(FilterClause);
2378         if (!isLastClause)
2379           MakeNewInstruction = true;
2380         CleanupFlag = false;
2381         break;
2382       }
2383
2384       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2385       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2386       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2387         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2388         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2389         Constant *TypeInfo =
2390           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2391         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2392         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2393           // Throw the filter away.
2394           MakeNewInstruction = true;
2395           continue;
2396         }
2397
2398         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2399         // discard all but the first copy if there is more than one.
2400         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2401         if (NumTypeInfos > 1)
2402           MakeNewFilter = true;
2403       } else {
2404         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2405         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2406         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2407
2408         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2409         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2410         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2411         bool SawCatchAll = false;
2412         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2413           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2414           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2415           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2416             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2417             SawCatchAll = true;
2418             break;
2419           }
2420           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2421             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2422             // is pointless.
2423             continue;
2424           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2425           // a filter, so only add it if we didn't already.
2426           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2427             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2428         }
2429         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2430         if (SawCatchAll) {
2431           // Throw the filter away.
2432           MakeNewInstruction = true;
2433           continue;
2434         }
2435
2436         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2437         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2438           MakeNewFilter = true;
2439       }
2440       if (MakeNewFilter) {
2441         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2442                                     NewFilterElts.size());
2443         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2444         MakeNewInstruction = true;
2445       }
2446
2447       NewClauses.push_back(FilterClause);
2448
2449       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2450       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2451       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2452       // already handled above.
2453       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2454         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2455         CleanupFlag = false;
2456         break;
2457       }
2458     }
2459   }
2460
2461   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2462   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2463   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2464   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2465   // filter optimizations below.
2466   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2467     unsigned j;
2468     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2469     for (j = i; j != e; ++j)
2470       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2471         break;
2472
2473     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2474     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2475     // new landingpad instruction if it does.
2476     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2477       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2478         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2479         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2480         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2481                          shorter_filter);
2482         MakeNewInstruction = true;
2483         break;
2484       }
2485
2486     // Look for the next batch of filters.
2487     i = j + 1;
2488   }
2489
2490   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2491   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2492   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2493   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2494   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2495   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2496   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2497   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2498   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2499   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2500   // specifications.
2501   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2502     // Examine each filter in turn.
2503     Value *Filter = NewClauses[i];
2504     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2505     if (!FTy)
2506       // Not a filter - skip it.
2507       continue;
2508     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2509     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2510     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2511     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2512       Value *LFilter = NewClauses[j];
2513       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2514       if (!LTy)
2515         // Not a filter - skip it.
2516         continue;
2517       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2518       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2519       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2520       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2521       if (!FElts) {
2522         // Discard LFilter.
2523         NewClauses.erase(J);
2524         MakeNewInstruction = true;
2525         // Move on to the next filter.
2526         continue;
2527       }
2528       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2529       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2530       if (FElts > LElts)
2531         // Move on to the next filter.
2532         continue;
2533       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2534       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2535         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2536         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2537         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2538           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2539           // Discard LFilter.
2540           NewClauses.erase(J);
2541           MakeNewInstruction = true;
2542         }
2543         // Move on to the next filter.
2544         continue;
2545       }
2546       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2547       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2548         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2549         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2550         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2551         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2552           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2553             // LFilter contains a zero - discard it.
2554             NewClauses.erase(J);
2555             MakeNewInstruction = true;
2556             break;
2557           }
2558         // Move on to the next filter.
2559         continue;
2560       }
2561       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2562       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2563       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2564       // using a method that scales nicely.
2565       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2566       bool AllFound = true;
2567       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2568         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2569         AllFound = false;
2570         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2571           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2572           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2573             AllFound = true;
2574             break;
2575           }
2576         }
2577         if (!AllFound)
2578           break;
2579       }
2580       if (AllFound) {
2581         // Discard LFilter.
2582         NewClauses.erase(J);
2583         MakeNewInstruction = true;
2584       }
2585       // Move on to the next filter.
2586     }
2587   }
2588
2589   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2590   // with a new one.
2591   if (MakeNewInstruction) {
2592     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2593                                                  LI.getPersonalityFn(),
2594                                                  NewClauses.size());
2595     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2596       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2597     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2598     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2599     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2600     if (NewClauses.empty())
2601       CleanupFlag = true;
2602     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2603     return NLI;
2604   }
2605
2606   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2607   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2608   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2609     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2610     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2611     return &LI;
2612   }
2613
2614   return nullptr;
2615 }
2616
2617
2618
2619
2620 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2621 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2622 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2623 /// end of its block.
2624 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2625   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2626
2627   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2628   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2629       isa<TerminatorInst>(I))
2630     return false;
2631
2632   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2633   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2634         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2635     return false;
2636
2637   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2638   // the end of block that could change the value.
2639   if (I->mayReadFromMemory()) {
2640     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2641          Scan != E; ++Scan)
2642       if (Scan->mayWriteToMemory())
2643         return false;
2644   }
2645
2646   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2647   I->moveBefore(InsertPos);
2648   ++NumSunkInst;
2649   return true;
2650 }
2651
2652
2653 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2654 /// all reachable code to the worklist.
2655 ///
2656 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2657 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2658 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2659 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2660 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2661 ///
2662 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2663                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2664                                        InstCombiner &IC,
2665                                        const DataLayout *DL,
2666                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2667   bool MadeIRChange = false;
2668   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2669   Worklist.push_back(BB);
2670
2671   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2672   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2673
2674   do {
2675     BB = Worklist.pop_back_val();
2676
2677     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2678     if (!Visited.insert(BB).second)
2679       continue;
2680
2681     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2682       Instruction *Inst = BBI++;
2683
2684       // DCE instruction if trivially dead.
2685       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2686         ++NumDeadInst;
2687         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2688         Inst->eraseFromParent();
2689         continue;
2690       }
2691
2692       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2693       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2694         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2695           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2696                        << *Inst << '\n');
2697           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2698           ++NumConstProp;
2699           Inst->eraseFromParent();
2700           continue;
2701         }
2702
2703       if (DL) {
2704         // See if we can constant fold its operands.
2705         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2706              i != e; ++i) {
2707           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2708           if (CE == nullptr) continue;
2709
2710           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2711           if (!FoldRes)
2712             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2713           if (!FoldRes)
2714             FoldRes = CE;
2715
2716           if (FoldRes != CE) {
2717             *i = FoldRes;
2718             MadeIRChange = true;
2719           }
2720         }
2721       }
2722
2723       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2724     }
2725
2726     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2727     // constant, only visit the reachable successor.
2728     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2729     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2730       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2731         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2732         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2733         Worklist.push_back(ReachableBB);
2734         continue;
2735       }
2736     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2737       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2738         // See if this is an explicit destination.
2739         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2740              i != e; ++i)
2741           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2742             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2743             Worklist.push_back(ReachableBB);
2744             continue;
2745           }
2746
2747         // Otherwise it is the default destination.
2748         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2749         continue;
2750       }
2751     }
2752
2753     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2754       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2755   } while (!Worklist.empty());
2756
2757   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2758   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2759   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2760   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2761   // some N^2 behavior in pathological cases.
2762   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2763                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2764
2765   return MadeIRChange;
2766 }
2767
2768 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2769   MadeIRChange = false;
2770
2771   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2772                << F.getName() << "\n");
2773
2774   {
2775     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2776     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2777     // track of which blocks we visit.
2778     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2779     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2780                                                TLI);
2781
2782     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2783     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2784     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2785     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2786       if (Visited.count(BB)) continue;
2787
2788       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2789       // having to update as many def-use and use-def chains.
2790       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2791       while (EndInst != BB->begin()) {
2792         // Delete the next to last instruction.
2793         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2794         Instruction *Inst = --I;
2795         if (!Inst->use_empty())
2796           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2797         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2798           EndInst = Inst;
2799           continue;
2800         }
2801         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2802           ++NumDeadInst;
2803           MadeIRChange = true;
2804         }
2805         Inst->eraseFromParent();
2806       }
2807     }
2808   }
2809
2810   while (!Worklist.isEmpty()) {
2811     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2812     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2813
2814     // Check to see if we can DCE the instruction.
2815     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2816       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2817       EraseInstFromFunction(*I);
2818       ++NumDeadInst;
2819       MadeIRChange = true;
2820       continue;
2821     }
2822
2823     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2824     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2825       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2826         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2827
2828         // Add operands to the worklist.
2829         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2830         ++NumConstProp;
2831         EraseInstFromFunction(*I);
2832         MadeIRChange = true;
2833         continue;
2834       }
2835
2836     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2837     if (I->hasOneUse()) {
2838       BasicBlock *BB = I->getParent();
2839       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2840       BasicBlock *UserParent;
2841
2842       // Get the block the use occurs in.
2843       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2844         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2845       else
2846         UserParent = UserInst->getParent();
2847
2848       if (UserParent != BB) {
2849         bool UserIsSuccessor = false;
2850         // See if the user is one of our successors.
2851         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2852           if (*SI == UserParent) {
2853             UserIsSuccessor = true;
2854             break;
2855           }
2856
2857         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2858         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2859         // otherwise), we can keep going.
2860         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2861           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2862           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2863             MadeIRChange = true;
2864             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2865             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2866             // worklist
2867             for (Use &U : I->operands())
2868               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2869                 Worklist.Add(OpI);
2870           }
2871         }
2872       }
2873     }
2874
2875     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2876     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2877     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2878
2879 #ifndef NDEBUG
2880     std::string OrigI;
2881 #endif
2882     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2883     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2884
2885     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2886       ++NumCombined;
2887       // Should we replace the old instruction with a new one?
2888       if (Result != I) {
2889         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2890                      << "    New = " << *Result << '\n');
2891
2892         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2893           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2894         // Everything uses the new instruction now.
2895         I->replaceAllUsesWith(Result);
2896
2897         // Move the name to the new instruction first.
2898         Result->takeName(I);
2899
2900         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2901         Worklist.Add(Result);
2902         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2903
2904         // Insert the new instruction into the basic block...
2905         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2906         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2907
2908         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2909         // insertion point.
2910         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2911           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2912
2913         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2914
2915         EraseInstFromFunction(*I);
2916       } else {
2917 #ifndef NDEBUG
2918         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2919                      << "    New = " << *I << '\n');
2920 #endif
2921
2922         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2923         // if so, remove it.
2924         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2925           EraseInstFromFunction(*I);
2926         } else {
2927           Worklist.Add(I);
2928           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2929         }
2930       }
2931       MadeIRChange = true;
2932     }
2933   }
2934
2935   Worklist.Zap();
2936   return MadeIRChange;
2937 }
2938
2939 namespace {
2940 class InstCombinerLibCallSimplifier final : public LibCallSimplifier {
2941   InstCombiner *IC;
2942 public:
2943   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2944                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2945                                 InstCombiner *IC)
2946     : LibCallSimplifier(DL, TLI) {
2947     this->IC = IC;
2948   }
2949
2950   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2951   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2952   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2953     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2954   }
2955 };
2956 }
2957
2958 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2959   if (skipOptnoneFunction(F))
2960     return false;
2961
2962   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
2963   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2964   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2965   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2966
2967   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
2968       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
2969   DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
2970
2971   // Minimizing size?
2972   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2973                                                 Attribute::MinSize);
2974
2975   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2976   /// instructions into the worklist when they are created.
2977   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2978     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2979                InstCombineIRInserter(Worklist, AT));
2980   Builder = &TheBuilder;
2981
2982   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2983   Simplifier = &TheSimplifier;
2984
2985   bool EverMadeChange = false;
2986
2987   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2988   // by instcombiner.
2989   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2990
2991   // Iterate while there is work to do.
2992   unsigned Iteration = 0;
2993   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2994     EverMadeChange = true;
2995
2996   Builder = nullptr;
2997   return EverMadeChange;
2998 }
2999
3000 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
3001   return new InstCombiner();
3002 }