Last bit of TargetLibraryInfo propagation. Also fixed a case for TargetData
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
41 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
42 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
44 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
46 #include "llvm/Support/CFG.h"
47 #include "llvm/Support/Debug.h"
48 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
49 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
50 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
51 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
52 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
53 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
54 #include "llvm-c/Initialization.h"
55 #include <algorithm>
56 #include <climits>
57 using namespace llvm;
58 using namespace llvm::PatternMatch;
59
60 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
61 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
62 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
63 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
64 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
65 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
66 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
67
68 // Initialization Routines
69 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
70   initializeInstCombinerPass(Registry);
71 }
72
73 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
74   initializeInstCombine(*unwrap(R));
75 }
76
77 char InstCombiner::ID = 0;
78 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
79                 "Combine redundant instructions", false, false)
80 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
81 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
82                 "Combine redundant instructions", false, false)
83
84 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
85   AU.setPreservesCFG();
86   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
87 }
88
89
90 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
91 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
92 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
93 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
94   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
95   
96   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
97   if (!TD) return false;
98   
99   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
100   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
101   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
102   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
103   
104   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
105   // type, don't do the transformation.
106   if (FromLegal && !ToLegal)
107     return false;
108   
109   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
110   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
111   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
112     return false;
113   
114   return true;
115 }
116
117 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
118 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
119 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
120 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
121 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
122 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
123   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
124   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
125     return false;
126   }
127
128   // We reason about Add and Sub Only.
129   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
130   if (Opcode != Instruction::Add && 
131       Opcode != Instruction::Sub) {
132     return false;
133   }
134
135   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
136   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
137
138   if (!CB || !CC) {
139     return false;
140   }
141
142   const APInt &BVal = CB->getValue();
143   const APInt &CVal = CC->getValue();
144   bool Overflow = false;
145
146   if (Opcode == Instruction::Add) {
147     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
148   } else {
149     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
150   }
151
152   return !Overflow;
153 }
154
155 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
156 /// operators which are associative or commutative:
157 //
158 //  Commutative operators:
159 //
160 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
161 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
162 //     binary operators.
163 //
164 //  Associative operators:
165 //
166 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
167 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
168 //
169 //  Associative and commutative operators:
170 //
171 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
172 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
173 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
174 //     if C1 and C2 are constants.
175 //
176 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
177   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
178   bool Changed = false;
179
180   do {
181     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
182     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
183     // binary operators.
184     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
185         getComplexity(I.getOperand(1)))
186       Changed = !I.swapOperands();
187
188     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
189     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
190
191     if (I.isAssociative()) {
192       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
193       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
194         Value *A = Op0->getOperand(0);
195         Value *B = Op0->getOperand(1);
196         Value *C = I.getOperand(1);
197
198         // Does "B op C" simplify?
199         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
200           // It simplifies to V.  Form "A op V".
201           I.setOperand(0, A);
202           I.setOperand(1, V);
203           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
204           // preserved by the reassociation.
205           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
206               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
207             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
208             // the operands to Op0.
209             I.clearSubclassOptionalData();
210             I.setHasNoSignedWrap(true);
211           } else {
212             I.clearSubclassOptionalData();
213           }
214             
215           Changed = true;
216           ++NumReassoc;
217           continue;
218         }
219       }
220
221       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
222       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
223         Value *A = I.getOperand(0);
224         Value *B = Op1->getOperand(0);
225         Value *C = Op1->getOperand(1);
226
227         // Does "A op B" simplify?
228         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
229           // It simplifies to V.  Form "V op C".
230           I.setOperand(0, V);
231           I.setOperand(1, C);
232           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
233           // preserved by the reassociation.
234           I.clearSubclassOptionalData();
235           Changed = true;
236           ++NumReassoc;
237           continue;
238         }
239       }
240     }
241
242     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
243       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
244       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
245         Value *A = Op0->getOperand(0);
246         Value *B = Op0->getOperand(1);
247         Value *C = I.getOperand(1);
248
249         // Does "C op A" simplify?
250         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
251           // It simplifies to V.  Form "V op B".
252           I.setOperand(0, V);
253           I.setOperand(1, B);
254           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
255           // preserved by the reassociation.
256           I.clearSubclassOptionalData();
257           Changed = true;
258           ++NumReassoc;
259           continue;
260         }
261       }
262
263       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
264       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
265         Value *A = I.getOperand(0);
266         Value *B = Op1->getOperand(0);
267         Value *C = Op1->getOperand(1);
268
269         // Does "C op A" simplify?
270         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
271           // It simplifies to V.  Form "B op V".
272           I.setOperand(0, B);
273           I.setOperand(1, V);
274           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
275           // preserved by the reassociation.
276           I.clearSubclassOptionalData();
277           Changed = true;
278           ++NumReassoc;
279           continue;
280         }
281       }
282
283       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
284       // if C1 and C2 are constants.
285       if (Op0 && Op1 &&
286           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
287           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
288           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
289           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
290         Value *A = Op0->getOperand(0);
291         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
292         Value *B = Op1->getOperand(0);
293         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
294
295         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
296         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
297         InsertNewInstWith(New, I);
298         New->takeName(Op1);
299         I.setOperand(0, New);
300         I.setOperand(1, Folded);
301         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
302         // preserved by the reassociation.
303         I.clearSubclassOptionalData();
304
305         Changed = true;
306         continue;
307       }
308     }
309
310     // No further simplifications.
311     return Changed;
312   } while (1);
313 }
314
315 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
316 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
317 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
318                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
319   switch (LOp) {
320   default:
321     return false;
322
323   case Instruction::And:
324     // And distributes over Or and Xor.
325     switch (ROp) {
326     default:
327       return false;
328     case Instruction::Or:
329     case Instruction::Xor:
330       return true;
331     }
332
333   case Instruction::Mul:
334     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
335     switch (ROp) {
336     default:
337       return false;
338     case Instruction::Add:
339     case Instruction::Sub:
340       return true;
341     }
342
343   case Instruction::Or:
344     // Or distributes over And.
345     switch (ROp) {
346     default:
347       return false;
348     case Instruction::And:
349       return true;
350     }
351   }
352 }
353
354 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
355 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
356 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
357                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
358   if (Instruction::isCommutative(ROp))
359     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
360   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
361   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
362   // such subtleties.
363   return false;
364 }
365
366 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
367 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
368 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
369 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
370 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
371 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
372   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
373   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
374   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
375   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode(); // op
376
377   // Factorization.
378   if (Op0 && Op1 && Op0->getOpcode() == Op1->getOpcode()) {
379     // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
380     // a common term.
381     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1);
382     Value *C = Op1->getOperand(0), *D = Op1->getOperand(1);
383     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
384
385     // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
386     bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
387
388     // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
389     if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
390       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
391       // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
392       if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
393         if (A != C)
394           std::swap(C, D);
395         // Consider forming "A op' (B op D)".
396         // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
397         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, TD);
398         // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
399         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
400         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
401           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, Op1->getName());
402         if (V) {
403           ++NumFactor;
404           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
405           V->takeName(&I);
406           return V;
407         }
408       }
409
410     // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
411     if (RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
412       // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
413       // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
414       if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
415         if (B != D)
416           std::swap(C, D);
417         // Consider forming "(A op C) op' B".
418         // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
419         Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD);
420         // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
421         // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
422         if (!V && Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse())
423           V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, Op0->getName());
424         if (V) {
425           ++NumFactor;
426           V = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
427           V->takeName(&I);
428           return V;
429         }
430       }
431   }
432
433   // Expansion.
434   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
435     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
436     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
437     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
438     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
439
440     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
441     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD))
442       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, TD)) {
443         // They do! Return "L op' R".
444         ++NumExpand;
445         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
446         if ((L == A && R == B) ||
447             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
448           return Op0;
449         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
450         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
451           return V;
452         // Otherwise, create a new instruction.
453         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
454         C->takeName(&I);
455         return C;
456       }
457   }
458
459   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
460     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
461     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
462     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
463     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
464
465     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
466     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, TD))
467       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, TD)) {
468         // They do! Return "L op' R".
469         ++NumExpand;
470         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
471         if ((L == B && R == C) ||
472             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
473           return Op1;
474         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
475         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, TD))
476           return V;
477         // Otherwise, create a new instruction.
478         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
479         A->takeName(&I);
480         return A;
481       }
482   }
483
484   return 0;
485 }
486
487 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
488 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
489 //
490 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
491   if (BinaryOperator::isNeg(V))
492     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
493
494   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
495   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
496     return ConstantExpr::getNeg(C);
497
498   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
499     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
500       return ConstantExpr::getNeg(C);
501
502   return 0;
503 }
504
505 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
506 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
507 // form).
508 //
509 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
510   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
511     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
512
513   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
514   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
515     return ConstantExpr::getFNeg(C);
516
517   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
518     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
519       return ConstantExpr::getFNeg(C);
520
521   return 0;
522 }
523
524 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
525                                              InstCombiner *IC) {
526   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
527     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
528   }
529
530   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
531   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
532   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
533
534   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
535     if (ConstIsRHS)
536       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
537     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
538   }
539
540   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
541   if (!ConstIsRHS)
542     std::swap(Op0, Op1);
543   
544   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
545     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
546                                     SO->getName()+".op");
547   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
548     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
549                                    SO->getName()+".cmp");
550   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
551     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
552                                    SO->getName()+".cmp");
553   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
554 }
555
556 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
557 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
558 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
559 // not have a second operand.
560 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
561   // Don't modify shared select instructions
562   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
563   Value *TV = SI->getOperand(1);
564   Value *FV = SI->getOperand(2);
565
566   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
567     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
568     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
569
570     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
571     // elements on both sides.
572     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
573       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
574       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
575
576       // Verify that either both or neither are vectors.
577       if ((SrcTy == NULL) != (DestTy == NULL)) return 0;
578       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
579       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
580         return 0;
581     }
582     
583     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
584     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
585
586     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
587                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
588   }
589   return 0;
590 }
591
592
593 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
594 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
595 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
596 ///
597 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
598   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
599   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
600   if (NumPHIValues == 0)
601     return 0;
602   
603   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
604   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
605   // uses into the PHI.
606   if (!PN->hasOneUse()) {
607     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
608     for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
609          UI != E; ++UI) {
610       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
611       if (User != &I && !I.isIdenticalTo(User))
612         return 0;
613     }
614     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
615   }
616   
617   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
618   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
619   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
620   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
621   // their computation can be expensive without a cost model.
622   BasicBlock *NonConstBB = 0;
623   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
624     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
625     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
626       continue;
627
628     if (isa<PHINode>(InVal)) return 0;  // Itself a phi.
629     if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
630     
631     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
632
633     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
634     // insert a computation after it without breaking the edge.
635     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
636       if (II->getParent() == NonConstBB)
637         return 0;
638     
639     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
640     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
641     // instcombine.
642     if (NonConstBB == I.getParent())
643       return 0;
644   }
645   
646   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
647   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
648   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
649   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
650   if (NonConstBB != 0) {
651     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
652     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
653   }
654
655   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
656   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
657   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
658   NewPN->takeName(PN);
659   
660   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
661   // predecessors terminator.
662   if (NonConstBB)
663     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
664   
665   // Next, add all of the operands to the PHI.
666   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
667     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
668     // not the true/false values.
669     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
670     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
671     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
672     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
673       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
674       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
675       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
676       Value *InV = 0;
677       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
678         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
679       else
680         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
681                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
682       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
683     }
684   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
685     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
686     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
687       Value *InV = 0;
688       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
689         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
690       else if (isa<ICmpInst>(CI))
691         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
692                                   C, "phitmp");
693       else
694         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
695                                   C, "phitmp");
696       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
697     }
698   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
699     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
700     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
701       Value *InV = 0;
702       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
703         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
704       else
705         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
706                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
707       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
708     }
709   } else { 
710     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
711     Type *RetTy = CI->getType();
712     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
713       Value *InV;
714       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
715         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
716       else 
717         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
718                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
719       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
720     }
721   }
722   
723   for (Value::use_iterator UI = PN->use_begin(), E = PN->use_end();
724        UI != E; ) {
725     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
726     if (User == &I) continue;
727     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
728     EraseInstFromFunction(*User);
729   }
730   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
731 }
732
733 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
734 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
735 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
736 /// resultant element type, otherwise return null.
737 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *Ty, int64_t Offset, 
738                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
739   if (!TD) return 0;
740   if (!Ty->isSized()) return 0;
741   
742   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
743   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
744   // is something like [0 x {int, int}]
745   Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
746   int64_t FirstIdx = 0;
747   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
748     FirstIdx = Offset/TySize;
749     Offset -= FirstIdx*TySize;
750     
751     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
752     if (Offset < 0) {
753       --FirstIdx;
754       Offset += TySize;
755       assert(Offset >= 0);
756     }
757     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
758   }
759   
760   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
761     
762   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
763   while (Offset) {
764     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
765     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
766       return 0;
767     
768     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
769       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
770       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
771              "Offset must stay within the indexed type");
772       
773       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
774       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
775                                             Elt));
776       
777       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
778       Ty = STy->getElementType(Elt);
779     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
780       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
781       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
782       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
783       Offset %= EltSize;
784       Ty = AT->getElementType();
785     } else {
786       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
787       return 0;
788     }
789   }
790   
791   return Ty;
792 }
793
794 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
795   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
796   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
797   // the indices.
798   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
799       !Src.hasOneUse())
800     return false;
801   return true;
802 }
803
804 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
805   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
806
807   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, TD))
808     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
809
810   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
811
812   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
813   // by multiples of a zero size type with zero.
814   if (TD) {
815     bool MadeChange = false;
816     Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(GEP.getContext());
817
818     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
819     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
820          I != E; ++I, ++GTI) {
821       // Skip indices into struct types.
822       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
823       if (!SeqTy) continue;
824
825       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
826       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
827       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
828           TD->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
829         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
830           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
831           MadeChange = true;
832         }
833
834       if ((*I)->getType() != IntPtrTy) {
835         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
836         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
837         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
838         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
839         MadeChange = true;
840       }
841     }
842     if (MadeChange) return &GEP;
843   }
844
845   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
846   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
847   // getelementptr instructions into a single instruction.
848   //
849   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
850     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
851       return 0;
852
853     // Note that if our source is a gep chain itself that we wait for that
854     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
855     // avoids us creating a TON of code in some cases.
856     if (GEPOperator *SrcGEP =
857           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
858       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
859         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
860
861     SmallVector<Value*, 8> Indices;
862
863     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
864     bool EndsWithSequential = false;
865     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
866          I != E; ++I)
867       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
868
869     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
870     if (EndsWithSequential) {
871       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
872       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
873       //
874       Value *Sum;
875       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
876       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
877       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
878         Sum = GO1;
879       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
880         Sum = SO1;
881       } else {
882         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
883         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
884         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
885         // normalized.
886         if (SO1->getType() != GO1->getType())
887           return 0;
888         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
889       }
890
891       // Update the GEP in place if possible.
892       if (Src->getNumOperands() == 2) {
893         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
894         GEP.setOperand(1, Sum);
895         return &GEP;
896       }
897       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
898       Indices.push_back(Sum);
899       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
900     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
901                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
902                Src->getNumOperands() != 1) {
903       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
904       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
905       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
906     }
907
908     if (!Indices.empty())
909       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
910         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
911                                           GEP.getName()) :
912         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
913   }
914
915   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
916   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
917   PointerType *StrippedPtrTy =cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
918   if (StrippedPtr != PtrOp &&
919     StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
920
921     bool HasZeroPointerIndex = false;
922     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
923       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
924
925     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
926     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
927     //
928     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
929     //           into     : GEP i8* X, ...
930     //
931     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
932     if (HasZeroPointerIndex) {
933       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
934       if (ArrayType *CATy =
935           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
936         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
937         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
938           // -> GEP i8* X, ...
939           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
940           GetElementPtrInst *Res =
941             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
942           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
943           return Res;
944         }
945         
946         if (ArrayType *XATy =
947               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
948           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
949           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
950             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
951             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
952             // to an array of the same type as the destination pointer
953             // array.  Because the array type is never stepped over (there
954             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
955             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
956             return &GEP;
957           }
958         }
959       }
960     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
961       // Transform things like:
962       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
963       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
964       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
965       Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
966       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
967           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
968           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
969         Value *Idx[2];
970         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
971         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
972         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
973           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
974           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
975         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
976         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
977       }
978       
979       // Transform things like:
980       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
981       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
982       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
983       
984       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() && ResElTy->isIntegerTy(8)) {
985         uint64_t ArrayEltSize =
986             TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
987         
988         // Check to see if "tmp" is a scale by a multiple of ArrayEltSize.  We
989         // allow either a mul, shift, or constant here.
990         Value *NewIdx = 0;
991         ConstantInt *Scale = 0;
992         if (ArrayEltSize == 1) {
993           NewIdx = GEP.getOperand(1);
994           Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(NewIdx->getType()), 1);
995         } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1))) {
996           NewIdx = ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
997           Scale = CI;
998         } else if (Instruction *Inst =dyn_cast<Instruction>(GEP.getOperand(1))){
999           if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1000               isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
1001             ConstantInt *ShAmt = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
1002             uint32_t ShAmtVal = ShAmt->getLimitedValue(64);
1003             Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Inst->getType()),
1004                                      1ULL << ShAmtVal);
1005             NewIdx = Inst->getOperand(0);
1006           } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Mul &&
1007                      isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
1008             Scale = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
1009             NewIdx = Inst->getOperand(0);
1010           }
1011         }
1012         
1013         // If the index will be to exactly the right offset with the scale taken
1014         // out, perform the transformation. Note, we don't know whether Scale is
1015         // signed or not. We'll use unsigned version of division/modulo
1016         // operation after making sure Scale doesn't have the sign bit set.
1017         if (ArrayEltSize && Scale && Scale->getSExtValue() >= 0LL &&
1018             Scale->getZExtValue() % ArrayEltSize == 0) {
1019           Scale = ConstantInt::get(Scale->getType(),
1020                                    Scale->getZExtValue() / ArrayEltSize);
1021           if (Scale->getZExtValue() != 1) {
1022             Constant *C = ConstantExpr::getIntegerCast(Scale, NewIdx->getType(),
1023                                                        false /*ZExt*/);
1024             NewIdx = Builder->CreateMul(NewIdx, C, "idxscale");
1025           }
1026
1027           // Insert the new GEP instruction.
1028           Value *Idx[2];
1029           Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
1030           Idx[1] = NewIdx;
1031           Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1032             Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()):
1033             Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1034           // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1035           return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1036         }
1037       }
1038     }
1039   }
1040
1041   /// See if we can simplify:
1042   ///   X = bitcast A* to B*
1043   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1044   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1045   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1046   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1047     if (TD &&
1048         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices() &&
1049         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1050
1051       // Determine how much the GEP moves the pointer.  We are guaranteed to get
1052       // a constant back from EmitGEPOffset.
1053       ConstantInt *OffsetV = cast<ConstantInt>(EmitGEPOffset(&GEP));
1054       int64_t Offset = OffsetV->getSExtValue();
1055
1056       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1057       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1058       if (Offset == 0) {
1059         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1060         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1061         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
1062             isMalloc(BCI->getOperand(0))) {
1063           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1064           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1065             if (I != BCI) {
1066               I->takeName(BCI);
1067               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1068               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1069             }
1070             return &GEP;
1071           }
1072         }
1073         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
1074       }
1075       
1076       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1077       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1078       // GEP.
1079       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1080       Type *InTy =
1081         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
1082       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
1083         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1084           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices) :
1085           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices);
1086         
1087         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1088           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1089         NGEP->takeName(&GEP);
1090         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1091       }
1092     }
1093   }    
1094     
1095   return 0;
1096 }
1097
1098
1099
1100 static bool IsOnlyNullComparedAndFreed(Value *V, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1101                                        int Depth = 0) {
1102   if (Depth == 8)
1103     return false;
1104
1105   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), UE = V->use_end();
1106        UI != UE; ++UI) {
1107     User *U = *UI;
1108     if (isFreeCall(U)) {
1109       Users.push_back(U);
1110       continue;
1111     }
1112     if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U)) {
1113       if (ICI->isEquality() && isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1))) {
1114         Users.push_back(ICI);
1115         continue;
1116       }
1117     }
1118     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
1119       if (IsOnlyNullComparedAndFreed(BCI, Users, Depth+1)) {
1120         Users.push_back(BCI);
1121         continue;
1122       }
1123     }
1124     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1125       if (IsOnlyNullComparedAndFreed(GEPI, Users, Depth+1)) {
1126         Users.push_back(GEPI);
1127         continue;
1128       }
1129     }
1130     if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(U)) {
1131       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
1132           II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
1133         Users.push_back(II);
1134         continue;
1135       }
1136     }
1137     return false;
1138   }
1139   return true;
1140 }
1141
1142 Instruction *InstCombiner::visitMalloc(Instruction &MI) {
1143   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1144   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1145   // true or false as appropriate.
1146   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1147   if (IsOnlyNullComparedAndFreed(&MI, Users)) {
1148     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1149       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1150       if (!I) continue;
1151
1152       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1153         ReplaceInstUsesWith(*C,
1154                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1155                                              C->isFalseWhenEqual()));
1156       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1157         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1158       }
1159       EraseInstFromFunction(*I);
1160     }
1161     return EraseInstFromFunction(MI);
1162   }
1163   return 0;
1164 }
1165
1166
1167
1168 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1169   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1170
1171   // free undef -> unreachable.
1172   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1173     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1174     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1175                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1176     return EraseInstFromFunction(FI);
1177   }
1178   
1179   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1180   // when lots of inlining happens.
1181   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1182     return EraseInstFromFunction(FI);
1183
1184   return 0;
1185 }
1186
1187
1188
1189 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1190   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1191   Value *X = 0;
1192   BasicBlock *TrueDest;
1193   BasicBlock *FalseDest;
1194   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1195       !isa<Constant>(X)) {
1196     // Swap Destinations and condition...
1197     BI.setCondition(X);
1198     BI.swapSuccessors();
1199     return &BI;
1200   }
1201
1202   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1203   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1204   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)), 
1205                              TrueDest, FalseDest)) &&
1206       BI.getCondition()->hasOneUse())
1207     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1208         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1209       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1210       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1211       
1212       // Swap Destinations and condition.
1213       BI.swapSuccessors();
1214       Worklist.Add(Cond);
1215       return &BI;
1216     }
1217
1218   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1219   ICmpInst::Predicate IPred;
1220   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1221                       TrueDest, FalseDest)) &&
1222       BI.getCondition()->hasOneUse())
1223     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1224         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1225         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1226       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1227       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1228       // Swap Destinations and condition.
1229       BI.swapSuccessors();
1230       Worklist.Add(Cond);
1231       return &BI;
1232     }
1233
1234   return 0;
1235 }
1236
1237 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1238   Value *Cond = SI.getCondition();
1239   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1240     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1241       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1242         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1243         unsigned NumCases = SI.getNumCases();
1244         // Skip the first item since that's the default case.
1245         for (unsigned i = 1; i < NumCases; ++i) {
1246           ConstantInt* CaseVal = SI.getCaseValue(i);
1247           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1248                                                       AddRHS);
1249           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1250                  "Result of expression should be constant");
1251           SI.setSuccessorValue(i, cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1252         }
1253         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1254         Worklist.Add(I);
1255         return &SI;
1256       }
1257   }
1258   return 0;
1259 }
1260
1261 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1262   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1263
1264   if (!EV.hasIndices())
1265     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1266
1267   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1268     if (isa<UndefValue>(C))
1269       return ReplaceInstUsesWith(EV, UndefValue::get(EV.getType()));
1270       
1271     if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
1272       return ReplaceInstUsesWith(EV, Constant::getNullValue(EV.getType()));
1273
1274     if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C)) {
1275       // Extract the element indexed by the first index out of the constant
1276       Value *V = C->getOperand(*EV.idx_begin());
1277       if (EV.getNumIndices() > 1)
1278         // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
1279         // first index
1280         return ExtractValueInst::Create(V, EV.getIndices().slice(1));
1281       else
1282         return ReplaceInstUsesWith(EV, V);
1283     }
1284     return 0; // Can't handle other constants
1285   } 
1286   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
1287     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
1288     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
1289     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
1290          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
1291          exti != exte && insi != inse;
1292          ++exti, ++insi) {
1293       if (*insi != *exti)
1294         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
1295         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
1296         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
1297         // operand of the insert. i.e., replace
1298         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1299         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
1300         // with
1301         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
1302         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
1303                                         EV.getIndices());
1304     }
1305     if (exti == exte && insi == inse)
1306       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
1307       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1308       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
1309       // with "i32 42"
1310       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
1311     if (exti == exte) {
1312       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
1313       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
1314       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
1315       // with
1316       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
1317       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
1318       // by switching the order of the insert and extract (though the
1319       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
1320       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
1321                                                  EV.getIndices());
1322       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1323                                      makeArrayRef(insi, inse));
1324     }
1325     if (insi == inse)
1326       // The insert list is a prefix of the extract list
1327       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1328       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1329       // i.e., replace
1330       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1331       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1332       // with
1333       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1334       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(), 
1335                                       makeArrayRef(exti, exte));
1336   }
1337   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1338     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1339     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1340     // just get one value.
1341     if (II->hasOneUse()) {
1342       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1343       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1344       // and replace it with a traditional binary instruction.
1345       switch (II->getIntrinsicID()) {
1346       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1347       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1348         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1349           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1350           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1351           EraseInstFromFunction(*II);
1352           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1353         }
1354           
1355         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
1356         // we can transform this into a range comparison.
1357         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
1358         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
1359           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
1360             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
1361                                 ConstantExpr::getNot(CI));
1362         break;
1363       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1364       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1365         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1366           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1367           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1368           EraseInstFromFunction(*II);
1369           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1370         }
1371         break;
1372       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1373       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1374         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1375           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1376           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
1377           EraseInstFromFunction(*II);
1378           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1379         }
1380         break;
1381       default:
1382         break;
1383       }
1384     }
1385   }
1386   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
1387     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
1388     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
1389     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
1390     //        could be done regardless of having multiple uses.
1391     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
1392       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
1393       SmallVector<Value*, 4> Indices;
1394       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
1395       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
1396       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
1397             I != E; ++I)
1398         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
1399
1400       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
1401       // the extractvalue.
1402       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
1403       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
1404       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
1405       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
1406       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
1407     }
1408   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
1409   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
1410   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1411   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
1412   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
1413   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
1414   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
1415   // aren't handled yet.
1416   return 0;
1417 }
1418
1419 enum Personality_Type {
1420   Unknown_Personality,
1421   GNU_Ada_Personality,
1422   GNU_CXX_Personality,
1423   GNU_ObjC_Personality
1424 };
1425
1426 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
1427 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
1428 /// otherwise return Unknown_Personality.
1429 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
1430   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
1431   if (!F)
1432     return Unknown_Personality;
1433   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
1434     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
1435     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
1436     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
1437     .Default(Unknown_Personality);
1438 }
1439
1440 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
1441 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
1442   switch (Personality) {
1443   case Unknown_Personality:
1444     return false;
1445   case GNU_Ada_Personality:
1446     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
1447     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
1448     return false;
1449   case GNU_CXX_Personality:
1450   case GNU_ObjC_Personality:
1451     return TypeInfo->isNullValue();
1452   }
1453   llvm_unreachable("Unknown personality!");
1454 }
1455
1456 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
1457   return
1458     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
1459   <
1460     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
1461 }
1462
1463 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
1464   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
1465   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
1466   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
1467   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
1468
1469   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
1470   // (these are often created by inlining).
1471   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
1472   SmallVector<Value *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
1473   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
1474
1475   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
1476   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
1477     bool isLastClause = i + 1 == e;
1478     if (LI.isCatch(i)) {
1479       // A catch clause.
1480       Value *CatchClause = LI.getClause(i);
1481       Constant *TypeInfo = cast<Constant>(CatchClause->stripPointerCasts());
1482
1483       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
1484       // copy of it.
1485       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
1486         // This catch clause was not already seen.
1487         NewClauses.push_back(CatchClause);
1488       } else {
1489         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
1490         MakeNewInstruction = true;
1491       }
1492
1493       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
1494       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
1495       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1496         if (!isLastClause)
1497           MakeNewInstruction = true;
1498         CleanupFlag = false;
1499         break;
1500       }
1501     } else {
1502       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
1503       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
1504       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
1505       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
1506       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
1507       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
1508       // class derived from it).
1509       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
1510       Value *FilterClause = LI.getClause(i);
1511       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
1512       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
1513
1514       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
1515       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
1516       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
1517       if (!NumTypeInfos) {
1518         NewClauses.push_back(FilterClause);
1519         if (!isLastClause)
1520           MakeNewInstruction = true;
1521         CleanupFlag = false;
1522         break;
1523       }
1524
1525       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
1526       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
1527       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
1528         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
1529         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
1530         Constant *TypeInfo =
1531           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
1532         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
1533         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1534           // Throw the filter away.
1535           MakeNewInstruction = true;
1536           continue;
1537         }
1538
1539         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
1540         // discard all but the first copy if there is more than one.
1541         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
1542         if (NumTypeInfos > 1)
1543           MakeNewFilter = true;
1544       } else {
1545         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
1546         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
1547         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
1548
1549         // Remove any filter elements that were already caught or that already
1550         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
1551         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
1552         bool SawCatchAll = false;
1553         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
1554           Value *Elt = Filter->getOperand(j);
1555           Constant *TypeInfo = cast<Constant>(Elt->stripPointerCasts());
1556           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
1557             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
1558             SawCatchAll = true;
1559             break;
1560           }
1561           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
1562             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
1563             // is pointless.
1564             continue;
1565           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
1566           // a filter, so only add it if we didn't already.
1567           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
1568             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
1569         }
1570         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
1571         if (SawCatchAll) {
1572           // Throw the filter away.
1573           MakeNewInstruction = true;
1574           continue;
1575         }
1576
1577         // If we dropped something from the filter, make a new one.
1578         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
1579           MakeNewFilter = true;
1580       }
1581       if (MakeNewFilter) {
1582         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
1583                                     NewFilterElts.size());
1584         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
1585         MakeNewInstruction = true;
1586       }
1587
1588       NewClauses.push_back(FilterClause);
1589
1590       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
1591       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
1592       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
1593       // already handled above.
1594       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
1595         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
1596         CleanupFlag = false;
1597         break;
1598       }
1599     }
1600   }
1601
1602   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
1603   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
1604   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
1605   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
1606   // filter optimizations below.
1607   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
1608     unsigned j;
1609     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
1610     for (j = i; j != e; ++j)
1611       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
1612         break;
1613
1614     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
1615     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
1616     // new landingpad instruction if it does.
1617     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
1618       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
1619         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
1620         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
1621         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
1622                          shorter_filter);
1623         MakeNewInstruction = true;
1624         break;
1625       }
1626
1627     // Look for the next batch of filters.
1628     i = j + 1;
1629   }
1630
1631   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
1632   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
1633   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
1634   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
1635   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
1636   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
1637   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
1638   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
1639   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
1640   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
1641   // specifications.
1642   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
1643     // Examine each filter in turn.
1644     Value *Filter = NewClauses[i];
1645     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
1646     if (!FTy)
1647       // Not a filter - skip it.
1648       continue;
1649     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
1650     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
1651     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
1652     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
1653       Value *LFilter = NewClauses[j];
1654       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
1655       if (!LTy)
1656         // Not a filter - skip it.
1657         continue;
1658       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
1659       // an element of LFilter, then discard LFilter.
1660       SmallVector<Value *, 16>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
1661       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
1662       if (!FElts) {
1663         // Discard LFilter.
1664         NewClauses.erase(J);
1665         MakeNewInstruction = true;
1666         // Move on to the next filter.
1667         continue;
1668       }
1669       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
1670       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
1671       if (FElts > LElts)
1672         // Move on to the next filter.
1673         continue;
1674       // At this point we know that LFilter has at least one element.
1675       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
1676         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
1677         // already know that Filter is not longer than LFilter).
1678         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
1679           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
1680           // Discard LFilter.
1681           NewClauses.erase(J);
1682           MakeNewInstruction = true;
1683         }
1684         // Move on to the next filter.
1685         continue;
1686       }
1687       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
1688       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
1689         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
1690         // LFilter iff LFilter contains a zero.
1691         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
1692         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
1693           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
1694             // LFilter contains a zero - discard it.
1695             NewClauses.erase(J);
1696             MakeNewInstruction = true;
1697             break;
1698           }
1699         // Move on to the next filter.
1700         continue;
1701       }
1702       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
1703       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
1704       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
1705       // using a method that scales nicely.
1706       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
1707       bool AllFound = true;
1708       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
1709         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
1710         AllFound = false;
1711         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
1712           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
1713           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
1714             AllFound = true;
1715             break;
1716           }
1717         }
1718         if (!AllFound)
1719           break;
1720       }
1721       if (AllFound) {
1722         // Discard LFilter.
1723         NewClauses.erase(J);
1724         MakeNewInstruction = true;
1725       }
1726       // Move on to the next filter.
1727     }
1728   }
1729
1730   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
1731   // with a new one.
1732   if (MakeNewInstruction) {
1733     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
1734                                                  LI.getPersonalityFn(),
1735                                                  NewClauses.size());
1736     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
1737       NLI->addClause(NewClauses[i]);
1738     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
1739     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
1740     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
1741     if (NewClauses.empty())
1742       CleanupFlag = true;
1743     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
1744     return NLI;
1745   }
1746
1747   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
1748   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
1749   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
1750     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
1751     LI.setCleanup(CleanupFlag);
1752     return &LI;
1753   }
1754
1755   return 0;
1756 }
1757
1758
1759
1760
1761 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
1762 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
1763 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
1764 /// end of its block.
1765 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
1766   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
1767
1768   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1769   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
1770       isa<TerminatorInst>(I))
1771     return false;
1772
1773   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
1774   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
1775         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
1776     return false;
1777
1778   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
1779   // the end of block that could change the value.
1780   if (I->mayReadFromMemory()) {
1781     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
1782          Scan != E; ++Scan)
1783       if (Scan->mayWriteToMemory())
1784         return false;
1785   }
1786
1787   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
1788   I->moveBefore(InsertPos);
1789   ++NumSunkInst;
1790   return true;
1791 }
1792
1793
1794 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
1795 /// all reachable code to the worklist.
1796 ///
1797 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
1798 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
1799 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
1800 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
1801 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
1802 ///
1803 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, 
1804                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
1805                                        InstCombiner &IC,
1806                                        const TargetData *TD,
1807                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
1808   bool MadeIRChange = false;
1809   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
1810   Worklist.push_back(BB);
1811
1812   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
1813   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
1814
1815   do {
1816     BB = Worklist.pop_back_val();
1817     
1818     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
1819     if (!Visited.insert(BB)) continue;
1820
1821     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
1822       Instruction *Inst = BBI++;
1823       
1824       // DCE instruction if trivially dead.
1825       if (isInstructionTriviallyDead(Inst)) {
1826         ++NumDeadInst;
1827         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
1828         Inst->eraseFromParent();
1829         continue;
1830       }
1831       
1832       // ConstantProp instruction if trivially constant.
1833       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
1834         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD, TLI)) {
1835           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
1836                        << *Inst << '\n');
1837           Inst->replaceAllUsesWith(C);
1838           ++NumConstProp;
1839           Inst->eraseFromParent();
1840           continue;
1841         }
1842       
1843       if (TD) {
1844         // See if we can constant fold its operands.
1845         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
1846              i != e; ++i) {
1847           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
1848           if (CE == 0) continue;
1849
1850           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
1851           if (!FoldRes)
1852             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
1853           if (!FoldRes)
1854             FoldRes = CE;
1855
1856           if (FoldRes != CE) {
1857             *i = FoldRes;
1858             MadeIRChange = true;
1859           }
1860         }
1861       }
1862
1863       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
1864     }
1865
1866     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
1867     // constant, only visit the reachable successor.
1868     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1869     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1870       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
1871         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
1872         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
1873         Worklist.push_back(ReachableBB);
1874         continue;
1875       }
1876     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1877       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1878         // See if this is an explicit destination.
1879         for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1880           if (SI->getCaseValue(i) == Cond) {
1881             BasicBlock *ReachableBB = SI->getSuccessor(i);
1882             Worklist.push_back(ReachableBB);
1883             continue;
1884           }
1885         
1886         // Otherwise it is the default destination.
1887         Worklist.push_back(SI->getSuccessor(0));
1888         continue;
1889       }
1890     }
1891     
1892     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1893       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
1894   } while (!Worklist.empty());
1895   
1896   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
1897   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
1898   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
1899   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
1900   // some N^2 behavior in pathological cases.
1901   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
1902                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
1903   
1904   return MadeIRChange;
1905 }
1906
1907 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
1908   MadeIRChange = false;
1909   
1910   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
1911                << F.getName() << "\n");
1912
1913   {
1914     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
1915     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
1916     // track of which blocks we visit.
1917     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
1918     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD,
1919                                                TLI);
1920
1921     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
1922     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
1923     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
1924     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
1925       if (Visited.count(BB)) continue;
1926
1927       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
1928       // having to update as many def-use and use-def chains.
1929       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
1930       while (EndInst != BB->begin()) {
1931         // Delete the next to last instruction.
1932         BasicBlock::iterator I = EndInst;
1933         Instruction *Inst = --I;
1934         if (!Inst->use_empty())
1935           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
1936         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
1937           EndInst = Inst;
1938           continue;
1939         }
1940         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
1941           ++NumDeadInst;
1942           MadeIRChange = true;
1943         }
1944         Inst->eraseFromParent();
1945       }
1946     }
1947   }
1948
1949   while (!Worklist.isEmpty()) {
1950     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
1951     if (I == 0) continue;  // skip null values.
1952
1953     // Check to see if we can DCE the instruction.
1954     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1955       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1956       EraseInstFromFunction(*I);
1957       ++NumDeadInst;
1958       MadeIRChange = true;
1959       continue;
1960     }
1961
1962     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
1963     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
1964       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI)) {
1965         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
1966
1967         // Add operands to the worklist.
1968         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1969         ++NumConstProp;
1970         EraseInstFromFunction(*I);
1971         MadeIRChange = true;
1972         continue;
1973       }
1974
1975     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
1976     if (I->hasOneUse()) {
1977       BasicBlock *BB = I->getParent();
1978       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
1979       BasicBlock *UserParent;
1980       
1981       // Get the block the use occurs in.
1982       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
1983         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
1984       else
1985         UserParent = UserInst->getParent();
1986       
1987       if (UserParent != BB) {
1988         bool UserIsSuccessor = false;
1989         // See if the user is one of our successors.
1990         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
1991           if (*SI == UserParent) {
1992             UserIsSuccessor = true;
1993             break;
1994           }
1995
1996         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
1997         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
1998         // otherwise), we can keep going.
1999         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2000           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2001           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2002       }
2003     }
2004
2005     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2006     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2007     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2008     
2009 #ifndef NDEBUG
2010     std::string OrigI;
2011 #endif
2012     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2013     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2014
2015     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2016       ++NumCombined;
2017       // Should we replace the old instruction with a new one?
2018       if (Result != I) {
2019         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2020                      << "    New = " << *Result << '\n');
2021
2022         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2023           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2024         // Everything uses the new instruction now.
2025         I->replaceAllUsesWith(Result);
2026
2027         // Move the name to the new instruction first.
2028         Result->takeName(I);
2029
2030         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2031         Worklist.Add(Result);
2032         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2033
2034         // Insert the new instruction into the basic block...
2035         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2036         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2037
2038         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2039         // insertion point.
2040         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2041           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2042
2043         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2044
2045         EraseInstFromFunction(*I);
2046       } else {
2047 #ifndef NDEBUG
2048         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2049                      << "    New = " << *I << '\n');
2050 #endif
2051
2052         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2053         // if so, remove it.
2054         if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
2055           EraseInstFromFunction(*I);
2056         } else {
2057           Worklist.Add(I);
2058           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2059         }
2060       }
2061       MadeIRChange = true;
2062     }
2063   }
2064
2065   Worklist.Zap();
2066   return MadeIRChange;
2067 }
2068
2069
2070 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2071   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
2072   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2073   
2074   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2075   /// instructions into the worklist when they are created.
2076   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> 
2077     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
2078                InstCombineIRInserter(Worklist));
2079   Builder = &TheBuilder;
2080   
2081   bool EverMadeChange = false;
2082
2083   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2084   // by instcombiner.
2085   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2086
2087   // Iterate while there is work to do.
2088   unsigned Iteration = 0;
2089   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2090     EverMadeChange = true;
2091   
2092   Builder = 0;
2093   return EverMadeChange;
2094 }
2095
2096 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2097   return new InstCombiner();
2098 }