use minSize wrapper; NFCI
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/InstCombine/InstCombine.h"
37 #include "InstCombineInternal.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
43 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
44 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
45 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
46 #include "llvm/Analysis/LibCallSemantics.h"
47 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
48 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
49 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
50 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
51 #include "llvm/IR/CFG.h"
52 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
53 #include "llvm/IR/Dominators.h"
54 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
55 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
56 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
57 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
58 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
59 #include "llvm/Support/Debug.h"
60 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
61 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
62 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
63 #include <algorithm>
64 #include <climits>
65 using namespace llvm;
66 using namespace llvm::PatternMatch;
67
68 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
69
70 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
71 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
72 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
73 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
74 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
75 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
76 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
77
78 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
79   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, DL, GEP);
80 }
81
82 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
83 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
84 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
85 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
86   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
87
88   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
89   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
90   bool FromLegal = DL.isLegalInteger(FromWidth);
91   bool ToLegal = DL.isLegalInteger(ToWidth);
92
93   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
94   // type, don't do the transformation.
95   if (FromLegal && !ToLegal)
96     return false;
97
98   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
99   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
100   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
101     return false;
102
103   return true;
104 }
105
106 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
107 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
108 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
109 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
110 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
111 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
112   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
113   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
114     return false;
115   }
116
117   // We reason about Add and Sub Only.
118   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
119   if (Opcode != Instruction::Add &&
120       Opcode != Instruction::Sub) {
121     return false;
122   }
123
124   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
125   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
126
127   if (!CB || !CC) {
128     return false;
129   }
130
131   const APInt &BVal = CB->getValue();
132   const APInt &CVal = CC->getValue();
133   bool Overflow = false;
134
135   if (Opcode == Instruction::Add) {
136     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
137   } else {
138     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
139   }
140
141   return !Overflow;
142 }
143
144 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
145 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
146 /// preserved.
147 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
148   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
149   if (!FPMO) {
150     I.clearSubclassOptionalData();
151     return;
152   }
153
154   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
155   I.clearSubclassOptionalData();
156   I.setFastMathFlags(FMF);
157 }
158
159 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
160 /// operators which are associative or commutative:
161 //
162 //  Commutative operators:
163 //
164 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
165 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
166 //     binary operators.
167 //
168 //  Associative operators:
169 //
170 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
171 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
172 //
173 //  Associative and commutative operators:
174 //
175 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
176 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
177 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
178 //     if C1 and C2 are constants.
179 //
180 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
181   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
182   bool Changed = false;
183
184   do {
185     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
186     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
187     // binary operators.
188     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
189         getComplexity(I.getOperand(1)))
190       Changed = !I.swapOperands();
191
192     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
193     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
194
195     if (I.isAssociative()) {
196       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
197       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
198         Value *A = Op0->getOperand(0);
199         Value *B = Op0->getOperand(1);
200         Value *C = I.getOperand(1);
201
202         // Does "B op C" simplify?
203         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
204           // It simplifies to V.  Form "A op V".
205           I.setOperand(0, A);
206           I.setOperand(1, V);
207           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
208           // preserved by the reassociation.
209           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
210               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
211             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
212             // the operands to Op0.
213             I.clearSubclassOptionalData();
214             I.setHasNoSignedWrap(true);
215           } else {
216             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
217           }
218
219           Changed = true;
220           ++NumReassoc;
221           continue;
222         }
223       }
224
225       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
226       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
227         Value *A = I.getOperand(0);
228         Value *B = Op1->getOperand(0);
229         Value *C = Op1->getOperand(1);
230
231         // Does "A op B" simplify?
232         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
233           // It simplifies to V.  Form "V op C".
234           I.setOperand(0, V);
235           I.setOperand(1, C);
236           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
237           // preserved by the reassociation.
238           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
239           Changed = true;
240           ++NumReassoc;
241           continue;
242         }
243       }
244     }
245
246     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
247       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
248       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
249         Value *A = Op0->getOperand(0);
250         Value *B = Op0->getOperand(1);
251         Value *C = I.getOperand(1);
252
253         // Does "C op A" simplify?
254         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
255           // It simplifies to V.  Form "V op B".
256           I.setOperand(0, V);
257           I.setOperand(1, B);
258           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
259           // preserved by the reassociation.
260           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
261           Changed = true;
262           ++NumReassoc;
263           continue;
264         }
265       }
266
267       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
268       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
269         Value *A = I.getOperand(0);
270         Value *B = Op1->getOperand(0);
271         Value *C = Op1->getOperand(1);
272
273         // Does "C op A" simplify?
274         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
275           // It simplifies to V.  Form "B op V".
276           I.setOperand(0, B);
277           I.setOperand(1, V);
278           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
279           // preserved by the reassociation.
280           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
281           Changed = true;
282           ++NumReassoc;
283           continue;
284         }
285       }
286
287       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
288       // if C1 and C2 are constants.
289       if (Op0 && Op1 &&
290           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
291           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
292           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
293           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
294         Value *A = Op0->getOperand(0);
295         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
296         Value *B = Op1->getOperand(0);
297         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
298
299         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
300         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
301         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
302           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
303           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
304           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
305           New->setFastMathFlags(Flags);
306         }
307         InsertNewInstWith(New, I);
308         New->takeName(Op1);
309         I.setOperand(0, New);
310         I.setOperand(1, Folded);
311         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
312         // preserved by the reassociation.
313         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
314
315         Changed = true;
316         continue;
317       }
318     }
319
320     // No further simplifications.
321     return Changed;
322   } while (1);
323 }
324
325 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
326 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
327 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
328                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
329   switch (LOp) {
330   default:
331     return false;
332
333   case Instruction::And:
334     // And distributes over Or and Xor.
335     switch (ROp) {
336     default:
337       return false;
338     case Instruction::Or:
339     case Instruction::Xor:
340       return true;
341     }
342
343   case Instruction::Mul:
344     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
345     switch (ROp) {
346     default:
347       return false;
348     case Instruction::Add:
349     case Instruction::Sub:
350       return true;
351     }
352
353   case Instruction::Or:
354     // Or distributes over And.
355     switch (ROp) {
356     default:
357       return false;
358     case Instruction::And:
359       return true;
360     }
361   }
362 }
363
364 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
365 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
366 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
367                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
368   if (Instruction::isCommutative(ROp))
369     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
370
371   switch (LOp) {
372   default:
373     return false;
374   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
375   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
376   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
377   case Instruction::And:
378   case Instruction::Or:
379   case Instruction::Xor:
380     switch (ROp) {
381     default:
382       return false;
383     case Instruction::Shl:
384     case Instruction::LShr:
385     case Instruction::AShr:
386       return true;
387     }
388   }
389   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
390   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
391   // such subtleties.
392   return false;
393 }
394
395 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
396 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
397 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
398   if (isa<Constant>(V))
399     return nullptr;
400
401   if (OpCode == Instruction::Mul)
402     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
403
404   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
405
406   return nullptr;
407 }
408
409 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
410 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
411 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
412 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
413 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
414 /// RHS to 4.
415 static Instruction::BinaryOps
416 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
417                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
418   if (!Op)
419     return Instruction::BinaryOpsEnd;
420
421   LHS = Op->getOperand(0);
422   RHS = Op->getOperand(1);
423
424   switch (TopLevelOpcode) {
425   default:
426     return Op->getOpcode();
427
428   case Instruction::Add:
429   case Instruction::Sub:
430     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
431       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
432         // The multiplier is really 1 << CST.
433         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
434         return Instruction::Mul;
435       }
436     }
437     return Op->getOpcode();
438   }
439
440   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
441 }
442
443 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
444 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
445 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
446                                const DataLayout &DL, BinaryOperator &I,
447                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
448                                Value *B, Value *C, Value *D) {
449
450   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
451   // Checking A and C should be enough.
452   if (!A || !C || !B || !D)
453     return nullptr;
454
455   Value *V = nullptr;
456   Value *SimplifiedInst = nullptr;
457   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
458   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
459
460   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
461   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
462
463   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
464   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
465     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
466     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
467     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
468       if (A != C)
469         std::swap(C, D);
470       // Consider forming "A op' (B op D)".
471       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
472       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
473       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
474       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
475       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
476         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
477       if (V) {
478         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
479       }
480     }
481
482   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
483   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
484     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
485     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
486     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
487       if (B != D)
488         std::swap(C, D);
489       // Consider forming "(A op C) op' B".
490       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
491       V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
492
493       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
494       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
495       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
496         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
497       if (V) {
498         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
499       }
500     }
501
502   if (SimplifiedInst) {
503     ++NumFactor;
504     SimplifiedInst->takeName(&I);
505
506     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
507     // TODO: Check for NUW.
508     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
509       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
510         bool HasNSW = false;
511         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
512           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
513
514         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
515           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
516             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
517
518         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
519           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
520             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
521
522         // We can propagate 'nsw' if we know that
523         //  %Y = mul nsw i16 %X, C
524         //  %Z = add nsw i16 %Y, %X
525         // =>
526         //  %Z = mul nsw i16 %X, C+1
527         //
528         // iff C+1 isn't INT_MIN
529         const APInt *CInt;
530         if (TopLevelOpcode == Instruction::Add &&
531             InnerOpcode == Instruction::Mul)
532           if (match(V, m_APInt(CInt)) && !CInt->isMinSignedValue())
533             BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
534       }
535     }
536   }
537   return SimplifiedInst;
538 }
539
540 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
541 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
542 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
543 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
544 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
545 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
546   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
547   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
548   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
549
550   // Factorization.
551   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
552   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
553   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
554   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
555
556   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
557   // a common term.
558   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
559     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
560       return V;
561   }
562
563   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
564   // term.
565   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
566                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
567     return V;
568
569   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
570   // term.
571   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
572                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
573     return V;
574
575   // Expansion.
576   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
577     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
578     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
579     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
580     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
581
582     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
583     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
584       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
585         // They do! Return "L op' R".
586         ++NumExpand;
587         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
588         if ((L == A && R == B) ||
589             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
590           return Op0;
591         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
592         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
593           return V;
594         // Otherwise, create a new instruction.
595         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
596         C->takeName(&I);
597         return C;
598       }
599   }
600
601   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
602     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
603     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
604     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
605     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
606
607     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
608     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
609       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
610         // They do! Return "L op' R".
611         ++NumExpand;
612         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
613         if ((L == B && R == C) ||
614             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
615           return Op1;
616         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
617         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
618           return V;
619         // Otherwise, create a new instruction.
620         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
621         A->takeName(&I);
622         return A;
623       }
624   }
625
626   // (op (select (a, c, b)), (select (a, d, b))) -> (select (a, (op c, d), 0))
627   // (op (select (a, b, c)), (select (a, b, d))) -> (select (a, 0, (op c, d)))
628   if (auto *SI0 = dyn_cast<SelectInst>(LHS)) {
629     if (auto *SI1 = dyn_cast<SelectInst>(RHS)) {
630       if (SI0->getCondition() == SI1->getCondition()) {
631         Value *SI = nullptr;
632         if (Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getFalseValue(),
633                                      SI1->getFalseValue(), DL, TLI, DT, AC))
634           SI = Builder->CreateSelect(SI0->getCondition(),
635                                      Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode,
636                                                           SI0->getTrueValue(),
637                                                           SI1->getTrueValue()),
638                                      V);
639         if (Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getTrueValue(),
640                                      SI1->getTrueValue(), DL, TLI, DT, AC))
641           SI = Builder->CreateSelect(
642               SI0->getCondition(), V,
643               Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, SI0->getFalseValue(),
644                                    SI1->getFalseValue()));
645         if (SI) {
646           SI->takeName(&I);
647           return SI;
648         }
649       }
650     }
651   }
652
653   return nullptr;
654 }
655
656 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
657 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
658 //
659 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
660   if (BinaryOperator::isNeg(V))
661     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
662
663   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
664   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
665     return ConstantExpr::getNeg(C);
666
667   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
668     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
669       return ConstantExpr::getNeg(C);
670
671   return nullptr;
672 }
673
674 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
675 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
676 // form).
677 //
678 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
679   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
680     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
681
682   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
683   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
684     return ConstantExpr::getFNeg(C);
685
686   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
687     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
688       return ConstantExpr::getFNeg(C);
689
690   return nullptr;
691 }
692
693 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
694                                              InstCombiner *IC) {
695   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
696     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
697   }
698
699   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
700   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
701   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
702
703   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
704     if (ConstIsRHS)
705       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
706     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
707   }
708
709   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
710   if (!ConstIsRHS)
711     std::swap(Op0, Op1);
712
713   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
714     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
715                                     SO->getName()+".op");
716     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
717     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
718       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
719     return RI;
720   }
721   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
722     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
723                                    SO->getName()+".cmp");
724   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
725     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
726                                    SO->getName()+".cmp");
727   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
728 }
729
730 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
731 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
732 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
733 // not have a second operand.
734 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
735   // Don't modify shared select instructions
736   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
737   Value *TV = SI->getOperand(1);
738   Value *FV = SI->getOperand(2);
739
740   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
741     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
742     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
743
744     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
745     // elements on both sides.
746     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
747       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
748       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
749
750       // Verify that either both or neither are vectors.
751       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
752       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
753       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
754         return nullptr;
755     }
756
757     // Test if a CmpInst instruction is used exclusively by a select as
758     // part of a minimum or maximum operation. If so, refrain from doing
759     // any other folding. This helps out other analyses which understand
760     // non-obfuscated minimum and maximum idioms, such as ScalarEvolution
761     // and CodeGen. And in this case, at least one of the comparison
762     // operands has at least one user besides the compare (the select),
763     // which would often largely negate the benefit of folding anyway.
764     if (auto *CI = dyn_cast<CmpInst>(SI->getCondition())) {
765       if (CI->hasOneUse()) {
766         Value *Op0 = CI->getOperand(0), *Op1 = CI->getOperand(1);
767         if ((SI->getOperand(1) == Op0 && SI->getOperand(2) == Op1) ||
768             (SI->getOperand(2) == Op0 && SI->getOperand(1) == Op1))
769           return nullptr;
770       }
771     }
772
773     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
774     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
775
776     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
777                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
778   }
779   return nullptr;
780 }
781
782 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
783 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
784 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
785 ///
786 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
787   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
788   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
789   if (NumPHIValues == 0)
790     return nullptr;
791
792   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
793   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
794   // uses into the PHI.
795   if (!PN->hasOneUse()) {
796     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
797     for (User *U : PN->users()) {
798       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
799       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
800         return nullptr;
801     }
802     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
803   }
804
805   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
806   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
807   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
808   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
809   // their computation can be expensive without a cost model.
810   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
811   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
812     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
813     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
814       continue;
815
816     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
817     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
818
819     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
820
821     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
822     // insert a computation after it without breaking the edge.
823     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
824       if (II->getParent() == NonConstBB)
825         return nullptr;
826
827     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
828     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
829     // instcombine.
830     if (isPotentiallyReachable(I.getParent(), NonConstBB, DT, LI))
831       return nullptr;
832   }
833
834   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
835   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
836   // inserting the computation on some other paths (e.g. inside a loop).  Only
837   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
838   if (NonConstBB != nullptr) {
839     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
840     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
841   }
842
843   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
844   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
845   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
846   NewPN->takeName(PN);
847
848   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
849   // predecessors terminator.
850   if (NonConstBB)
851     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
852
853   // Next, add all of the operands to the PHI.
854   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
855     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
856     // not the true/false values.
857     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
858     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
859     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
860     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
861       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
862       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
863       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
864       Value *InV = nullptr;
865       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
866       // even if currently isNullValue gives false.
867       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
868       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
869         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
870       else
871         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
872                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
873       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
874     }
875   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
876     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
877     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
878       Value *InV = nullptr;
879       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
880         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
881       else if (isa<ICmpInst>(CI))
882         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
883                                   C, "phitmp");
884       else
885         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
886                                   C, "phitmp");
887       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
888     }
889   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
890     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
891     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
892       Value *InV = nullptr;
893       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
894         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
895       else
896         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
897                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
898       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
899     }
900   } else {
901     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
902     Type *RetTy = CI->getType();
903     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
904       Value *InV;
905       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
906         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
907       else
908         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
909                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
910       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
911     }
912   }
913
914   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
915     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
916     if (User == &I) continue;
917     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
918     EraseInstFromFunction(*User);
919   }
920   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
921 }
922
923 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
924 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
925 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
926 /// return the resultant element type, otherwise return null.
927 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(PointerType *PtrTy, int64_t Offset,
928                                         SmallVectorImpl<Value *> &NewIndices) {
929   Type *Ty = PtrTy->getElementType();
930   if (!Ty->isSized())
931     return nullptr;
932
933   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
934   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
935   // is something like [0 x {int, int}]
936   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(PtrTy);
937   int64_t FirstIdx = 0;
938   if (int64_t TySize = DL.getTypeAllocSize(Ty)) {
939     FirstIdx = Offset/TySize;
940     Offset -= FirstIdx*TySize;
941
942     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
943     if (Offset < 0) {
944       --FirstIdx;
945       Offset += TySize;
946       assert(Offset >= 0);
947     }
948     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
949   }
950
951   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
952
953   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
954   while (Offset) {
955     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
956     if (uint64_t(Offset * 8) >= DL.getTypeSizeInBits(Ty))
957       return nullptr;
958
959     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
960       const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(STy);
961       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
962              "Offset must stay within the indexed type");
963
964       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
965       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
966                                             Elt));
967
968       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
969       Ty = STy->getElementType(Elt);
970     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
971       uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
972       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
973       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
974       Offset %= EltSize;
975       Ty = AT->getElementType();
976     } else {
977       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
978       return nullptr;
979     }
980   }
981
982   return Ty;
983 }
984
985 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
986   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
987   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
988   // the indices.
989   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
990       !Src.hasOneUse())
991     return false;
992   return true;
993 }
994
995 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
996 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
997 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
998   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
999   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
1000          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
1001
1002   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
1003   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
1004     NoSignedWrap = true;
1005     return Val;
1006   }
1007
1008   // If Scale is zero then it does not divide Val.
1009   if (Scale.isMinValue())
1010     return nullptr;
1011
1012   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
1013   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
1014   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
1015   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
1016   // down from Val:
1017   //
1018   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1019   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1020   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1021   //
1022   // Then to modify a term at the bottom:
1023   //
1024   //     Val = M1 * X
1025   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1026   //
1027   // Then to work back up correcting nsw flags.
1028
1029   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1030   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1031   Value *Op = Val;
1032
1033   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1034   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1035   // 0'th operand of Val.
1036   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1037
1038   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
1039   // levels that doesn't overflow.
1040   bool RequireNoSignedWrap = false;
1041
1042   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
1043   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1044
1045   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1046
1047     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1048       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1049       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1050       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1051       if (!Remainder.isMinValue())
1052         // Not divisible by Scale.
1053         return nullptr;
1054       // Replace with the quotient in the parent.
1055       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1056       NoSignedWrap = true;
1057       break;
1058     }
1059
1060     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1061
1062       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1063         // Multiplication.
1064         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1065         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1066           return nullptr;
1067
1068         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1069         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1070         // multiplication by something else.
1071         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1072         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1073
1074         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1075           // Multiplication by a constant.
1076           if (CI->getValue() == Scale) {
1077             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1078             // by its left-hand side in the parent.
1079             Op = LHS;
1080             break;
1081           }
1082
1083           // Otherwise drill down into the constant.
1084           if (!Op->hasOneUse())
1085             return nullptr;
1086
1087           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1088           continue;
1089         }
1090
1091         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1092         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1093         if (!Op->hasOneUse())
1094           return nullptr;
1095
1096         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1097         continue;
1098       }
1099
1100       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1101           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1102         // Multiplication by a power of 2.
1103         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1104         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1105           return nullptr;
1106
1107         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1108         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1109           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1110         // Op = LHS << Amt.
1111
1112         if (Amt == logScale) {
1113           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1114           // by its left-hand side in the parent.
1115           Op = LHS;
1116           break;
1117         }
1118         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1119           return nullptr;
1120
1121         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1122         // by the scale in the parent.
1123         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1124         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1125         break;
1126       }
1127     }
1128
1129     if (!Op->hasOneUse())
1130       return nullptr;
1131
1132     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1133       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1134         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1135         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1136         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1137         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1138         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1139         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1140         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1141         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1142         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1143           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1144           return nullptr;
1145         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1146         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1147         RequireNoSignedWrap = true;
1148
1149         // Drill down through the cast.
1150         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1151         Scale = SmallScale;
1152         continue;
1153       }
1154
1155       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1156         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1157         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1158         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1159         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1160         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1161         // from this point up in the expression (see later).
1162         if (RequireNoSignedWrap)
1163           return nullptr;
1164
1165         // Drill down through the cast.
1166         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1167         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1168         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1169         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1170           logScale = -1;
1171         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1172         continue;
1173       }
1174     }
1175
1176     // Unsupported expression, bail out.
1177     return nullptr;
1178   }
1179
1180   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1181   if (match(Op, m_Zero())) {
1182     NoSignedWrap = true;
1183     return Op;
1184   }
1185
1186   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1187   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1188   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1189   // not to overflow.
1190
1191   if (!Parent.first)
1192     // The expression only had one term.
1193     return Op;
1194
1195   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1196   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1197   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1198          "Descaling was a no-op?");
1199   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1200   Worklist.Add(Parent.first);
1201
1202   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1203   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1204   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1205   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1206   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1207   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1208   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1209   do {
1210     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1211       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1212       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1213       // from this point on up.
1214       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1215       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1216       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1217         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1218         Worklist.Add(Ancestor);
1219       }
1220     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1221       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1222       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1223       // the absolute values of the truncations.
1224       NoSignedWrap = false;
1225     }
1226     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1227            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1228
1229     if (Ancestor == Val)
1230       // Got to the top, all done!
1231       return Val;
1232
1233     // Move up one level in the expression.
1234     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1235     Ancestor = Ancestor->user_back();
1236   } while (1);
1237 }
1238
1239 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1240 /// specified one but with other operands.
1241 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1242                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1243   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1244   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1245     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1246       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1247       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1248     }
1249     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1250       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1251   }
1252   return BORes;
1253 }
1254
1255 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1256 /// \param Inst Binary operator to transform.
1257 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1258 ///         null pointer if no transformation was made.
1259 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1260   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1261
1262   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1263   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1264   // See PR20059.
1265   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst))
1266     return nullptr;
1267
1268   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1269   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1270   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1271   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1272
1273   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1274   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1275   // shuffle after binary operation:
1276   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1277   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1278     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1279     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1280     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1281         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1282         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1283         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1284       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1285           RShuf->getOperand(0), Builder);
1286       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1287           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1288       return Res;
1289     }
1290   }
1291
1292   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1293   // try moving the shuffle after the binary operation.
1294   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1295   Constant *C1 = nullptr;
1296   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1297   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1298   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1299   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1300   if (Shuffle && C1 &&
1301       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1302       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1303       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1304     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1305     // Find constant C2 that has property:
1306     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1307     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1308     // reorder is not possible.
1309     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1310                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1311     bool MayChange = true;
1312     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1313       if (ShMask[I] >= 0) {
1314         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1315         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1316           MayChange = false;
1317           break;
1318         }
1319         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1320       }
1321     }
1322     if (MayChange) {
1323       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1324       Value *NewLHS, *NewRHS;
1325       if (isa<Constant>(LHS)) {
1326         NewLHS = C2;
1327         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1328       } else {
1329         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1330         NewRHS = C2;
1331       }
1332       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1333       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1334           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1335       return Res;
1336     }
1337   }
1338
1339   return nullptr;
1340 }
1341
1342 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1343   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1344
1345   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AC))
1346     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1347
1348   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1349
1350   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1351   // by multiples of a zero size type with zero.
1352   bool MadeChange = false;
1353   Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1354
1355   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1356   for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end(); I != E;
1357        ++I, ++GTI) {
1358     // Skip indices into struct types.
1359     SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1360     if (!SeqTy)
1361       continue;
1362
1363     // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1364     // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1365     if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1366         DL.getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1367       if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1368         *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1369         MadeChange = true;
1370       }
1371
1372     Type *IndexTy = (*I)->getType();
1373     if (IndexTy != IntPtrTy) {
1374       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1375       // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1376       // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1377       *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1378       MadeChange = true;
1379     }
1380   }
1381   if (MadeChange)
1382     return &GEP;
1383
1384   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1385   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1386     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1387     if (!Op1)
1388       return nullptr;
1389
1390     // Don't fold a GEP into itself through a PHI node. This can only happen
1391     // through the back-edge of a loop. Folding a GEP into itself means that
1392     // the value of the previous iteration needs to be stored in the meantime,
1393     // thus requiring an additional register variable to be live, but not
1394     // actually achieving anything (the GEP still needs to be executed once per
1395     // loop iteration).
1396     if (Op1 == &GEP)
1397       return nullptr;
1398
1399     signed DI = -1;
1400
1401     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1402       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1403       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1404         return nullptr;
1405
1406       // As for Op1 above, don't try to fold a GEP into itself.
1407       if (Op2 == &GEP)
1408         return nullptr;
1409
1410       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1411       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1412
1413       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1414         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1415           return nullptr;
1416
1417         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1418           if (DI == -1) {
1419             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1420             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1421             // variable.
1422
1423             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1424             // static for struct slots
1425             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1426               return nullptr;
1427
1428             DI = J;
1429           } else {
1430             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1431             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1432             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1433             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1434             // directly supports and would need to be broken into several
1435             // simpler instructions anyway.
1436             return nullptr;
1437           }
1438         }
1439
1440         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1441         if (J > 0) {
1442           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1443             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1444           } else {
1445             CurTy = nullptr;
1446           }
1447         }
1448       }
1449     }
1450
1451     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1452
1453     if (DI == -1) {
1454       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1455       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1456       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1457           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1458     } else {
1459       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1460       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1461       // set that index.
1462       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1463       Builder->SetInsertPoint(PN);
1464       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1465                                           PN->getNumOperands());
1466       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1467
1468       for (auto &I : PN->operands())
1469         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1470                            PN->getIncomingBlock(I));
1471
1472       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1473       GEP.getParent()->getInstList().insert(
1474           GEP.getParent()->getFirstInsertionPt(), NewGEP);
1475       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1476     }
1477
1478     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1479     PtrOp = NewGEP;
1480   }
1481
1482   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1483   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1484   // getelementptr instructions into a single instruction.
1485   //
1486   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1487     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1488       return nullptr;
1489
1490     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1491     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1492     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1493     if (GEPOperator *SrcGEP =
1494           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1495       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1496         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1497
1498     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1499
1500     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1501     bool EndsWithSequential = false;
1502     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1503          I != E; ++I)
1504       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1505
1506     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1507     if (EndsWithSequential) {
1508       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1509       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1510       //
1511       Value *Sum;
1512       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1513       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1514       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1515         Sum = GO1;
1516       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1517         Sum = SO1;
1518       } else {
1519         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1520         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1521         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1522         // normalized.
1523         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1524           return nullptr;
1525         // Only do the combine when GO1 and SO1 are both constants. Only in
1526         // this case, we are sure the cost after the merge is never more than
1527         // that before the merge.
1528         if (!isa<Constant>(GO1) || !isa<Constant>(SO1))
1529           return nullptr;
1530         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1531       }
1532
1533       // Update the GEP in place if possible.
1534       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1535         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1536         GEP.setOperand(1, Sum);
1537         return &GEP;
1538       }
1539       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1540       Indices.push_back(Sum);
1541       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1542     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1543                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1544                Src->getNumOperands() != 1) {
1545       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1546       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1547       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1548     }
1549
1550     if (!Indices.empty())
1551       return GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()
1552                  ? GetElementPtrInst::CreateInBounds(
1553                        Src->getSourceElementType(), Src->getOperand(0), Indices,
1554                        GEP.getName())
1555                  : GetElementPtrInst::Create(Src->getSourceElementType(),
1556                                              Src->getOperand(0), Indices,
1557                                              GEP.getName());
1558   }
1559
1560   if (GEP.getNumIndices() == 1) {
1561     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1562     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1563         DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
1564       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1565       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1566       uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1567
1568       bool Matched = false;
1569       uint64_t C;
1570       Value *V = nullptr;
1571       if (TyAllocSize == 1) {
1572         V = GEP.getOperand(1);
1573         Matched = true;
1574       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1575                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1576         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1577           Matched = true;
1578       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1579                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1580         if (TyAllocSize == C)
1581           Matched = true;
1582       }
1583
1584       if (Matched) {
1585         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1586         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1587         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1588         // pointer arithmetic.
1589         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1590           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1591           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1592           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1593           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1594         }
1595         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1596         // to (bitcast Y)
1597         Value *Y;
1598         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1599                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1600           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1601                                                                GEP.getType());
1602         }
1603       }
1604     }
1605   }
1606
1607   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1608   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1609   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1610
1611   // We do not handle pointer-vector geps here.
1612   if (!StrippedPtrTy)
1613     return nullptr;
1614
1615   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1616     bool HasZeroPointerIndex = false;
1617     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1618       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1619
1620     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1621     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1622     //
1623     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1624     //           into     : GEP i8* X, ...
1625     //
1626     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1627     if (HasZeroPointerIndex) {
1628       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1629       if (ArrayType *CATy =
1630           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1631         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1632         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1633           // -> GEP i8* X, ...
1634           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1635           GetElementPtrInst *Res = GetElementPtrInst::Create(
1636               StrippedPtrTy->getElementType(), StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1637           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1638           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1639             return Res;
1640           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1641           // e.g.,
1642           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1643           // ->
1644           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1645           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1646           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1647         }
1648
1649         if (ArrayType *XATy =
1650               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1651           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1652           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1653             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1654             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1655             // to an array of the same type as the destination pointer
1656             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1657             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1658             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1659               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1660               GEP.setSourceElementType(XATy);
1661               return &GEP;
1662             }
1663             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1664             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1665             // an addrspacecast.
1666             // e.g.,
1667             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1668             //   i32 0, ...
1669             // ->
1670             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1671             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1672             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1673             Value *NewGEP = GEP.isInBounds()
1674                                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(
1675                                       nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName())
1676                                 : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1677                                                      GEP.getName());
1678             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1679           }
1680         }
1681       }
1682     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1683       // Transform things like:
1684       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1685       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1686       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1687       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1688       if (SrcElTy->isArrayTy() &&
1689           DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1690               DL.getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1691         Type *IdxType = DL.getIntPtrType(GEP.getType());
1692         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1693         Value *NewGEP =
1694             GEP.isInBounds()
1695                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx,
1696                                              GEP.getName())
1697                 : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1698
1699         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1700         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1701                                                              GEP.getType());
1702       }
1703
1704       // Transform things like:
1705       // %V = mul i64 %N, 4
1706       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1707       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1708       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1709         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1710         // factor.
1711         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1712         uint64_t SrcSize = DL.getTypeAllocSize(SrcElTy);
1713         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1714           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1715           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1716           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1717
1718           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1719           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1720           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1721                  "Index not cast to pointer width?");
1722
1723           bool NSW;
1724           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1725             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1726             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1727             // GEP may not be "inbounds".
1728             Value *NewGEP =
1729                 GEP.isInBounds() && NSW
1730                     ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1731                                                  GEP.getName())
1732                     : Builder->CreateGEP(nullptr, StrippedPtr, NewIdx,
1733                                          GEP.getName());
1734
1735             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1736             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1737                                                                  GEP.getType());
1738           }
1739         }
1740       }
1741
1742       // Similarly, transform things like:
1743       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1744       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1745       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1746       if (ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() && SrcElTy->isArrayTy()) {
1747         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1748         // index by a scale factor.
1749         uint64_t ResSize = DL.getTypeAllocSize(ResElTy);
1750         uint64_t ArrayEltSize =
1751             DL.getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1752         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1753           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1754           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1755           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1756
1757           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1758           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1759           assert(Idx->getType() == DL.getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1760                  "Index not cast to pointer width?");
1761
1762           bool NSW;
1763           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1764             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1765             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1766             // GEP may not be "inbounds".
1767             Value *Off[2] = {
1768                 Constant::getNullValue(DL.getIntPtrType(GEP.getType())),
1769                 NewIdx};
1770
1771             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW
1772                                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(
1773                                       SrcElTy, StrippedPtr, Off, GEP.getName())
1774                                 : Builder->CreateGEP(SrcElTy, StrippedPtr, Off,
1775                                                      GEP.getName());
1776             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1777             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1778                                                                  GEP.getType());
1779           }
1780         }
1781       }
1782     }
1783   }
1784
1785   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1786   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1787   // through the addrspacecast.
1788   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1789     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1790     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1791     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1792     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1793     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1794       PtrOp = BC;
1795   }
1796
1797   /// See if we can simplify:
1798   ///   X = bitcast A* to B*
1799   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1800   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1801   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1802   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1803     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1804     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1805     unsigned OffsetBits = DL.getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1806     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1807     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1808         GEP.accumulateConstantOffset(DL, Offset)) {
1809
1810       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1811       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1812       if (!Offset) {
1813         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1814         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1815         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1816           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1817           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1818             if (I != BCI) {
1819               I->takeName(BCI);
1820               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1821               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1822             }
1823             return &GEP;
1824           }
1825         }
1826
1827         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1828           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1829         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1830       }
1831
1832       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1833       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1834       // GEP.
1835       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1836       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1837         Value *NGEP =
1838             GEP.isInBounds()
1839                 ? Builder->CreateInBoundsGEP(nullptr, Operand, NewIndices)
1840                 : Builder->CreateGEP(nullptr, Operand, NewIndices);
1841
1842         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1843           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1844         NGEP->takeName(&GEP);
1845
1846         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1847           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1848         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1849       }
1850     }
1851   }
1852
1853   return nullptr;
1854 }
1855
1856 static bool
1857 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1858                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1859   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1860   Worklist.push_back(AI);
1861
1862   do {
1863     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1864     for (User *U : PI->users()) {
1865       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1866       switch (I->getOpcode()) {
1867       default:
1868         // Give up the moment we see something we can't handle.
1869         return false;
1870
1871       case Instruction::BitCast:
1872       case Instruction::GetElementPtr:
1873         Users.emplace_back(I);
1874         Worklist.push_back(I);
1875         continue;
1876
1877       case Instruction::ICmp: {
1878         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1879         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1880         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1881           return false;
1882         Users.emplace_back(I);
1883         continue;
1884       }
1885
1886       case Instruction::Call:
1887         // Ignore no-op and store intrinsics.
1888         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1889           switch (II->getIntrinsicID()) {
1890           default:
1891             return false;
1892
1893           case Intrinsic::memmove:
1894           case Intrinsic::memcpy:
1895           case Intrinsic::memset: {
1896             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1897             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1898               return false;
1899           }
1900           // fall through
1901           case Intrinsic::dbg_declare:
1902           case Intrinsic::dbg_value:
1903           case Intrinsic::invariant_start:
1904           case Intrinsic::invariant_end:
1905           case Intrinsic::lifetime_start:
1906           case Intrinsic::lifetime_end:
1907           case Intrinsic::objectsize:
1908             Users.emplace_back(I);
1909             continue;
1910           }
1911         }
1912
1913         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1914           Users.emplace_back(I);
1915           continue;
1916         }
1917         return false;
1918
1919       case Instruction::Store: {
1920         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1921         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1922           return false;
1923         Users.emplace_back(I);
1924         continue;
1925       }
1926       }
1927       llvm_unreachable("missing a return?");
1928     }
1929   } while (!Worklist.empty());
1930   return true;
1931 }
1932
1933 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1934   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1935   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1936   // true or false as appropriate.
1937   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1938   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1939     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1940       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1941       if (!I) continue;
1942
1943       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1944         ReplaceInstUsesWith(*C,
1945                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1946                                              C->isFalseWhenEqual()));
1947       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1948         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1949       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1950         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1951           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1952           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1953           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1954         }
1955       }
1956       EraseInstFromFunction(*I);
1957     }
1958
1959     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1960       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1961       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1962       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1963       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1964                          None, "", II->getParent());
1965     }
1966     return EraseInstFromFunction(MI);
1967   }
1968   return nullptr;
1969 }
1970
1971 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1972 ///
1973 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1974 /// against NULL (property 0).
1975 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1976 ///
1977 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1978 /// will be removed, i.e.:
1979 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1980 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1981 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1982 ///
1983 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1984 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1985 /// profitable (e.g., for code size).
1986 static Instruction *
1987 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1988   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1989   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1990   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1991
1992   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1993   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1994   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1995   //        not be profitable even for code size.
1996   if (!PredBB)
1997     return nullptr;
1998
1999   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
2000   //                         free and an unconditional branch?
2001   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
2002   //        predecessor block
2003   if (FreeInstrBB->size() != 2)
2004     return nullptr;
2005   BasicBlock *SuccBB;
2006   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
2007     return nullptr;
2008
2009   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
2010   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
2011   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
2012   ICmpInst::Predicate Pred;
2013   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
2014     return nullptr;
2015   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
2016     return nullptr;
2017
2018   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
2019   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
2020     return nullptr;
2021   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
2022          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
2023
2024   FI.moveBefore(TI);
2025   return &FI;
2026 }
2027
2028
2029 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
2030   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
2031
2032   // free undef -> unreachable.
2033   if (isa<UndefValue>(Op)) {
2034     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
2035     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
2036                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
2037     return EraseInstFromFunction(FI);
2038   }
2039
2040   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
2041   // when lots of inlining happens.
2042   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
2043     return EraseInstFromFunction(FI);
2044
2045   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
2046   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2047   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2048   // if (foo) free(foo);
2049   // into
2050   // free(foo);
2051   if (MinimizeSize)
2052     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2053       return I;
2054
2055   return nullptr;
2056 }
2057
2058 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2059   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2060     return nullptr;
2061
2062   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2063   Type *VTy = ResultOp->getType();
2064   if (!VTy->isIntegerTy())
2065     return nullptr;
2066
2067   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2068   // determine the value. If so, constant fold it.
2069   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
2070   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2071   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
2072   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
2073     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
2074
2075   return nullptr;
2076 }
2077
2078 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2079   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2080   Value *X = nullptr;
2081   BasicBlock *TrueDest;
2082   BasicBlock *FalseDest;
2083   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2084       !isa<Constant>(X)) {
2085     // Swap Destinations and condition...
2086     BI.setCondition(X);
2087     BI.swapSuccessors();
2088     return &BI;
2089   }
2090
2091   // If the condition is irrelevant, remove the use so that other
2092   // transforms on the condition become more effective.
2093   if (BI.isConditional() &&
2094       BI.getSuccessor(0) == BI.getSuccessor(1) &&
2095       !isa<UndefValue>(BI.getCondition())) {
2096     BI.setCondition(UndefValue::get(BI.getCondition()->getType()));
2097     return &BI;
2098   }
2099
2100   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2101   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2102   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2103                              TrueDest, FalseDest)) &&
2104       BI.getCondition()->hasOneUse())
2105     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2106         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2107       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2108       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2109
2110       // Swap Destinations and condition.
2111       BI.swapSuccessors();
2112       Worklist.Add(Cond);
2113       return &BI;
2114     }
2115
2116   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2117   ICmpInst::Predicate IPred;
2118   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2119                       TrueDest, FalseDest)) &&
2120       BI.getCondition()->hasOneUse())
2121     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2122         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2123         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2124       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2125       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2126       // Swap Destinations and condition.
2127       BI.swapSuccessors();
2128       Worklist.Add(Cond);
2129       return &BI;
2130     }
2131
2132   return nullptr;
2133 }
2134
2135 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2136   Value *Cond = SI.getCondition();
2137   unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2138   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2139   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, 0, &SI);
2140   unsigned LeadingKnownZeros = KnownZero.countLeadingOnes();
2141   unsigned LeadingKnownOnes = KnownOne.countLeadingOnes();
2142
2143   // Compute the number of leading bits we can ignore.
2144   for (auto &C : SI.cases()) {
2145     LeadingKnownZeros = std::min(
2146         LeadingKnownZeros, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingZeros());
2147     LeadingKnownOnes = std::min(
2148         LeadingKnownOnes, C.getCaseValue()->getValue().countLeadingOnes());
2149   }
2150
2151   unsigned NewWidth = BitWidth - std::max(LeadingKnownZeros, LeadingKnownOnes);
2152
2153   // Truncate the condition operand if the new type is equal to or larger than
2154   // the largest legal integer type. We need to be conservative here since
2155   // x86 generates redundant zero-extension instructions if the operand is
2156   // truncated to i8 or i16.
2157   bool TruncCond = false;
2158   if (NewWidth > 0 && BitWidth > NewWidth &&
2159       NewWidth >= DL.getLargestLegalIntTypeSize()) {
2160     TruncCond = true;
2161     IntegerType *Ty = IntegerType::get(SI.getContext(), NewWidth);
2162     Builder->SetInsertPoint(&SI);
2163     Value *NewCond = Builder->CreateTrunc(SI.getCondition(), Ty, "trunc");
2164     SI.setCondition(NewCond);
2165
2166     for (auto &C : SI.cases())
2167       static_cast<SwitchInst::CaseIt *>(&C)->setValue(ConstantInt::get(
2168           SI.getContext(), C.getCaseValue()->getValue().trunc(NewWidth)));
2169   }
2170
2171   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2172     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2173       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2174         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2175         // Skip the first item since that's the default case.
2176         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2177              i != e; ++i) {
2178           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2179           Constant *LHS = CaseVal;
2180           if (TruncCond)
2181             LHS = LeadingKnownZeros
2182                       ? ConstantExpr::getZExt(CaseVal, Cond->getType())
2183                       : ConstantExpr::getSExt(CaseVal, Cond->getType());
2184           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(LHS, AddRHS);
2185           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2186                  "Result of expression should be constant");
2187           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2188         }
2189         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2190         Worklist.Add(I);
2191         return &SI;
2192       }
2193   }
2194
2195   return TruncCond ? &SI : nullptr;
2196 }
2197
2198 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2199   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2200
2201   if (!EV.hasIndices())
2202     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2203
2204   if (Value *V =
2205           SimplifyExtractValueInst(Agg, EV.getIndices(), DL, TLI, DT, AC))
2206     return ReplaceInstUsesWith(EV, V);
2207
2208   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2209     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2210     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2211     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2212          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2213          exti != exte && insi != inse;
2214          ++exti, ++insi) {
2215       if (*insi != *exti)
2216         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2217         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2218         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2219         // operand of the insert. i.e., replace
2220         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2221         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2222         // with
2223         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2224         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2225                                         EV.getIndices());
2226     }
2227     if (exti == exte && insi == inse)
2228       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2229       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2230       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2231       // with "i32 42"
2232       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2233     if (exti == exte) {
2234       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2235       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2236       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2237       // with
2238       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2239       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2240       // by switching the order of the insert and extract (though the
2241       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2242       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2243                                                  EV.getIndices());
2244       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2245                                      makeArrayRef(insi, inse));
2246     }
2247     if (insi == inse)
2248       // The insert list is a prefix of the extract list
2249       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2250       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2251       // i.e., replace
2252       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2253       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2254       // with
2255       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2256       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2257                                       makeArrayRef(exti, exte));
2258   }
2259   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2260     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2261     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2262     // just get one value.
2263     if (II->hasOneUse()) {
2264       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2265       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2266       // and replace it with a traditional binary instruction.
2267       switch (II->getIntrinsicID()) {
2268       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2269       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2270         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2271           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2272           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2273           EraseInstFromFunction(*II);
2274           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2275         }
2276
2277         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2278         // we can transform this into a range comparison.
2279         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2280         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2281           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2282             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2283                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2284         break;
2285       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2286       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2287         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2288           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2289           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2290           EraseInstFromFunction(*II);
2291           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2292         }
2293         break;
2294       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2295       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2296         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2297           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2298           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2299           EraseInstFromFunction(*II);
2300           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2301         }
2302         break;
2303       default:
2304         break;
2305       }
2306     }
2307   }
2308   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2309     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2310     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2311     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2312     //        could be done regardless of having multiple uses.
2313     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2314       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2315       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2316       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2317       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2318       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2319             I != E; ++I)
2320         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2321
2322       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2323       // the extractvalue.
2324       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2325       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getType(),
2326                                               L->getPointerOperand(), Indices);
2327       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2328       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2329       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2330     }
2331   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2332   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2333   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2334   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2335   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2336   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2337   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2338   // aren't handled yet.
2339   return nullptr;
2340 }
2341
2342 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2343 static bool isCatchAll(EHPersonality Personality, Constant *TypeInfo) {
2344   switch (Personality) {
2345   case EHPersonality::GNU_C:
2346     // The GCC C EH personality only exists to support cleanups, so it's not
2347     // clear what the semantics of catch clauses are.
2348     return false;
2349   case EHPersonality::Unknown:
2350     return false;
2351   case EHPersonality::GNU_Ada:
2352     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2353     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2354     return false;
2355   case EHPersonality::GNU_CXX:
2356   case EHPersonality::GNU_ObjC:
2357   case EHPersonality::MSVC_X86SEH:
2358   case EHPersonality::MSVC_Win64SEH:
2359   case EHPersonality::MSVC_CXX:
2360     return TypeInfo->isNullValue();
2361   }
2362   llvm_unreachable("invalid enum");
2363 }
2364
2365 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2366   return
2367     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2368   <
2369     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2370 }
2371
2372 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2373   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2374   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2375   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2376   EHPersonality Personality =
2377       classifyEHPersonality(LI.getParent()->getParent()->getPersonalityFn());
2378
2379   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2380   // (these are often created by inlining).
2381   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2382   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2383   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2384
2385   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2386   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2387     bool isLastClause = i + 1 == e;
2388     if (LI.isCatch(i)) {
2389       // A catch clause.
2390       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2391       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2392
2393       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2394       // copy of it.
2395       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo).second) {
2396         // This catch clause was not already seen.
2397         NewClauses.push_back(CatchClause);
2398       } else {
2399         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2400         MakeNewInstruction = true;
2401       }
2402
2403       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2404       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2405       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2406         if (!isLastClause)
2407           MakeNewInstruction = true;
2408         CleanupFlag = false;
2409         break;
2410       }
2411     } else {
2412       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2413       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2414       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2415       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2416       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2417       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2418       // class derived from it).
2419       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2420       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2421       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2422       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2423
2424       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2425       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2426       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2427       if (!NumTypeInfos) {
2428         NewClauses.push_back(FilterClause);
2429         if (!isLastClause)
2430           MakeNewInstruction = true;
2431         CleanupFlag = false;
2432         break;
2433       }
2434
2435       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2436       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2437       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2438         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2439         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2440         Constant *TypeInfo =
2441           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2442         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2443         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2444           // Throw the filter away.
2445           MakeNewInstruction = true;
2446           continue;
2447         }
2448
2449         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2450         // discard all but the first copy if there is more than one.
2451         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2452         if (NumTypeInfos > 1)
2453           MakeNewFilter = true;
2454       } else {
2455         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2456         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2457         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2458
2459         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2460         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2461         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2462         bool SawCatchAll = false;
2463         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2464           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2465           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2466           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2467             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2468             SawCatchAll = true;
2469             break;
2470           }
2471           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2472             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2473             // is pointless.
2474             continue;
2475           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2476           // a filter, so only add it if we didn't already.
2477           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo).second)
2478             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2479         }
2480         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2481         if (SawCatchAll) {
2482           // Throw the filter away.
2483           MakeNewInstruction = true;
2484           continue;
2485         }
2486
2487         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2488         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2489           MakeNewFilter = true;
2490       }
2491       if (MakeNewFilter) {
2492         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2493                                     NewFilterElts.size());
2494         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2495         MakeNewInstruction = true;
2496       }
2497
2498       NewClauses.push_back(FilterClause);
2499
2500       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2501       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2502       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2503       // already handled above.
2504       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2505         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2506         CleanupFlag = false;
2507         break;
2508       }
2509     }
2510   }
2511
2512   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2513   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2514   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2515   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2516   // filter optimizations below.
2517   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2518     unsigned j;
2519     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2520     for (j = i; j != e; ++j)
2521       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2522         break;
2523
2524     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2525     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2526     // new landingpad instruction if it does.
2527     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2528       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2529         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2530         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2531         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2532                          shorter_filter);
2533         MakeNewInstruction = true;
2534         break;
2535       }
2536
2537     // Look for the next batch of filters.
2538     i = j + 1;
2539   }
2540
2541   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2542   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2543   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2544   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2545   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2546   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2547   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2548   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2549   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2550   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2551   // specifications.
2552   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2553     // Examine each filter in turn.
2554     Value *Filter = NewClauses[i];
2555     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2556     if (!FTy)
2557       // Not a filter - skip it.
2558       continue;
2559     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2560     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2561     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2562     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2563       Value *LFilter = NewClauses[j];
2564       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2565       if (!LTy)
2566         // Not a filter - skip it.
2567         continue;
2568       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2569       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2570       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2571       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2572       if (!FElts) {
2573         // Discard LFilter.
2574         NewClauses.erase(J);
2575         MakeNewInstruction = true;
2576         // Move on to the next filter.
2577         continue;
2578       }
2579       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2580       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2581       if (FElts > LElts)
2582         // Move on to the next filter.
2583         continue;
2584       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2585       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2586         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2587         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2588         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2589           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2590           // Discard LFilter.
2591           NewClauses.erase(J);
2592           MakeNewInstruction = true;
2593         }
2594         // Move on to the next filter.
2595         continue;
2596       }
2597       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2598       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2599         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2600         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2601         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2602         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2603           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2604             // LFilter contains a zero - discard it.
2605             NewClauses.erase(J);
2606             MakeNewInstruction = true;
2607             break;
2608           }
2609         // Move on to the next filter.
2610         continue;
2611       }
2612       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2613       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2614       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2615       // using a method that scales nicely.
2616       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2617       bool AllFound = true;
2618       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2619         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2620         AllFound = false;
2621         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2622           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2623           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2624             AllFound = true;
2625             break;
2626           }
2627         }
2628         if (!AllFound)
2629           break;
2630       }
2631       if (AllFound) {
2632         // Discard LFilter.
2633         NewClauses.erase(J);
2634         MakeNewInstruction = true;
2635       }
2636       // Move on to the next filter.
2637     }
2638   }
2639
2640   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2641   // with a new one.
2642   if (MakeNewInstruction) {
2643     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2644                                                  NewClauses.size());
2645     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2646       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2647     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2648     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2649     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2650     if (NewClauses.empty())
2651       CleanupFlag = true;
2652     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2653     return NLI;
2654   }
2655
2656   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2657   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2658   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2659     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2660     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2661     return &LI;
2662   }
2663
2664   return nullptr;
2665 }
2666
2667 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2668 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2669 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2670 /// end of its block.
2671 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2672   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2673
2674   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2675   if (isa<PHINode>(I) || I->isEHPad() || I->mayHaveSideEffects() ||
2676       isa<TerminatorInst>(I))
2677     return false;
2678
2679   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2680   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2681         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2682     return false;
2683
2684   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2685   // the end of block that could change the value.
2686   if (I->mayReadFromMemory()) {
2687     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2688          Scan != E; ++Scan)
2689       if (Scan->mayWriteToMemory())
2690         return false;
2691   }
2692
2693   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2694   I->moveBefore(InsertPos);
2695   ++NumSunkInst;
2696   return true;
2697 }
2698
2699 bool InstCombiner::run() {
2700   while (!Worklist.isEmpty()) {
2701     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2702     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2703
2704     // Check to see if we can DCE the instruction.
2705     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2706       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2707       EraseInstFromFunction(*I);
2708       ++NumDeadInst;
2709       MadeIRChange = true;
2710       continue;
2711     }
2712
2713     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2714     if (!I->use_empty() &&
2715         (I->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(I->getOperand(0)))) {
2716       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2717         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2718
2719         // Add operands to the worklist.
2720         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2721         ++NumConstProp;
2722         EraseInstFromFunction(*I);
2723         MadeIRChange = true;
2724         continue;
2725       }
2726     }
2727
2728     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2729     if (I->hasOneUse()) {
2730       BasicBlock *BB = I->getParent();
2731       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2732       BasicBlock *UserParent;
2733
2734       // Get the block the use occurs in.
2735       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2736         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2737       else
2738         UserParent = UserInst->getParent();
2739
2740       if (UserParent != BB) {
2741         bool UserIsSuccessor = false;
2742         // See if the user is one of our successors.
2743         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2744           if (*SI == UserParent) {
2745             UserIsSuccessor = true;
2746             break;
2747           }
2748
2749         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2750         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2751         // otherwise), we can keep going.
2752         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2753           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2754           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2755             MadeIRChange = true;
2756             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2757             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2758             // worklist
2759             for (Use &U : I->operands())
2760               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2761                 Worklist.Add(OpI);
2762           }
2763         }
2764       }
2765     }
2766
2767     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2768     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2769     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2770
2771 #ifndef NDEBUG
2772     std::string OrigI;
2773 #endif
2774     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2775     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2776
2777     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2778       ++NumCombined;
2779       // Should we replace the old instruction with a new one?
2780       if (Result != I) {
2781         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2782                      << "    New = " << *Result << '\n');
2783
2784         if (I->getDebugLoc())
2785           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2786         // Everything uses the new instruction now.
2787         I->replaceAllUsesWith(Result);
2788
2789         // Move the name to the new instruction first.
2790         Result->takeName(I);
2791
2792         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2793         Worklist.Add(Result);
2794         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2795
2796         // Insert the new instruction into the basic block...
2797         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2798         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2799
2800         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2801         // insertion point.
2802         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2803           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2804
2805         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2806
2807         EraseInstFromFunction(*I);
2808       } else {
2809 #ifndef NDEBUG
2810         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2811                      << "    New = " << *I << '\n');
2812 #endif
2813
2814         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2815         // if so, remove it.
2816         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2817           EraseInstFromFunction(*I);
2818         } else {
2819           Worklist.Add(I);
2820           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2821         }
2822       }
2823       MadeIRChange = true;
2824     }
2825   }
2826
2827   Worklist.Zap();
2828   return MadeIRChange;
2829 }
2830
2831 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2832 /// all reachable code to the worklist.
2833 ///
2834 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2835 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2836 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2837 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2838 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2839 ///
2840 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, const DataLayout &DL,
2841                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock *> &Visited,
2842                                        InstCombineWorklist &ICWorklist,
2843                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2844   bool MadeIRChange = false;
2845   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2846   Worklist.push_back(BB);
2847
2848   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2849   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2850
2851   do {
2852     BB = Worklist.pop_back_val();
2853
2854     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2855     if (!Visited.insert(BB).second)
2856       continue;
2857
2858     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2859       Instruction *Inst = BBI++;
2860
2861       // DCE instruction if trivially dead.
2862       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2863         ++NumDeadInst;
2864         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2865         Inst->eraseFromParent();
2866         continue;
2867       }
2868
2869       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2870       if (!Inst->use_empty() &&
2871           (Inst->getNumOperands() == 0 || isa<Constant>(Inst->getOperand(0))))
2872         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2873           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2874                        << *Inst << '\n');
2875           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2876           ++NumConstProp;
2877           Inst->eraseFromParent();
2878           continue;
2879         }
2880
2881       // See if we can constant fold its operands.
2882       for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end(); i != e;
2883            ++i) {
2884         ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2885         if (CE == nullptr)
2886           continue;
2887
2888         Constant *&FoldRes = FoldedConstants[CE];
2889         if (!FoldRes)
2890           FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2891         if (!FoldRes)
2892           FoldRes = CE;
2893
2894         if (FoldRes != CE) {
2895           *i = FoldRes;
2896           MadeIRChange = true;
2897         }
2898       }
2899
2900       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2901     }
2902
2903     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2904     // constant, only visit the reachable successor.
2905     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2906     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2907       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2908         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2909         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2910         Worklist.push_back(ReachableBB);
2911         continue;
2912       }
2913     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2914       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2915         // See if this is an explicit destination.
2916         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2917              i != e; ++i)
2918           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2919             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2920             Worklist.push_back(ReachableBB);
2921             continue;
2922           }
2923
2924         // Otherwise it is the default destination.
2925         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2926         continue;
2927       }
2928     }
2929
2930     for (BasicBlock *SuccBB : TI->successors())
2931       Worklist.push_back(SuccBB);
2932   } while (!Worklist.empty());
2933
2934   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2935   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2936   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2937   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2938   // some N^2 behavior in pathological cases.
2939   ICWorklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2940                              InstrsForInstCombineWorklist.size());
2941
2942   return MadeIRChange;
2943 }
2944
2945 /// \brief Populate the IC worklist from a function, and prune any dead basic
2946 /// blocks discovered in the process.
2947 ///
2948 /// This also does basic constant propagation and other forward fixing to make
2949 /// the combiner itself run much faster.
2950 static bool prepareICWorklistFromFunction(Function &F, const DataLayout &DL,
2951                                           TargetLibraryInfo *TLI,
2952                                           InstCombineWorklist &ICWorklist) {
2953   bool MadeIRChange = false;
2954
2955   // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2956   // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2957   // track of which blocks we visit.
2958   SmallPtrSet<BasicBlock *, 64> Visited;
2959   MadeIRChange |=
2960       AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), DL, Visited, ICWorklist, TLI);
2961
2962   // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2963   // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2964   // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2965   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2966     if (Visited.count(BB))
2967       continue;
2968
2969     // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2970     // having to update as many def-use and use-def chains.
2971     Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2972     while (EndInst != BB->begin()) {
2973       // Delete the next to last instruction.
2974       BasicBlock::iterator I = EndInst;
2975       Instruction *Inst = --I;
2976       if (!Inst->use_empty())
2977         Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2978       if (Inst->isEHPad()) {
2979         EndInst = Inst;
2980         continue;
2981       }
2982       if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2983         ++NumDeadInst;
2984         MadeIRChange = true;
2985       }
2986       Inst->eraseFromParent();
2987     }
2988   }
2989
2990   return MadeIRChange;
2991 }
2992
2993 static bool
2994 combineInstructionsOverFunction(Function &F, InstCombineWorklist &Worklist,
2995                                 AliasAnalysis *AA, AssumptionCache &AC,
2996                                 TargetLibraryInfo &TLI, DominatorTree &DT,
2997                                 LoopInfo *LI = nullptr) {
2998   auto &DL = F.getParent()->getDataLayout();
2999
3000   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
3001   /// instructions into the worklist when they are created.
3002   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> Builder(
3003       F.getContext(), TargetFolder(DL), InstCombineIRInserter(Worklist, &AC));
3004
3005   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
3006   // by instcombiner.
3007   bool DbgDeclaresChanged = LowerDbgDeclare(F);
3008
3009   // Iterate while there is work to do.
3010   int Iteration = 0;
3011   for (;;) {
3012     ++Iteration;
3013     DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
3014                  << F.getName() << "\n");
3015
3016     bool Changed = false;
3017     if (prepareICWorklistFromFunction(F, DL, &TLI, Worklist))
3018       Changed = true;
3019
3020     InstCombiner IC(Worklist, &Builder, F.optForMinSize(),
3021                     AA, &AC, &TLI, &DT, DL, LI);
3022     if (IC.run())
3023       Changed = true;
3024
3025     if (!Changed)
3026       break;
3027   }
3028
3029   return DbgDeclaresChanged || Iteration > 1;
3030 }
3031
3032 PreservedAnalyses InstCombinePass::run(Function &F,
3033                                        AnalysisManager<Function> *AM) {
3034   auto &AC = AM->getResult<AssumptionAnalysis>(F);
3035   auto &DT = AM->getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
3036   auto &TLI = AM->getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
3037
3038   auto *LI = AM->getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
3039
3040   // FIXME: The AliasAnalysis is not yet supported in the new pass manager
3041   if (!combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, nullptr, AC, TLI, DT, LI))
3042     // No changes, all analyses are preserved.
3043     return PreservedAnalyses::all();
3044
3045   // Mark all the analyses that instcombine updates as preserved.
3046   // FIXME: Need a way to preserve CFG analyses here!
3047   PreservedAnalyses PA;
3048   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
3049   return PA;
3050 }
3051
3052 namespace {
3053 /// \brief The legacy pass manager's instcombine pass.
3054 ///
3055 /// This is a basic whole-function wrapper around the instcombine utility. It
3056 /// will try to combine all instructions in the function.
3057 class InstructionCombiningPass : public FunctionPass {
3058   InstCombineWorklist Worklist;
3059
3060 public:
3061   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
3062
3063   InstructionCombiningPass() : FunctionPass(ID) {
3064     initializeInstructionCombiningPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
3065   }
3066
3067   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
3068   bool runOnFunction(Function &F) override;
3069 };
3070 }
3071
3072 void InstructionCombiningPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
3073   AU.setPreservesCFG();
3074   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
3075   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
3076   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
3077   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
3078   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
3079 }
3080
3081 bool InstructionCombiningPass::runOnFunction(Function &F) {
3082   if (skipOptnoneFunction(F))
3083     return false;
3084
3085   // Required analyses.
3086   auto AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
3087   auto &AC = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
3088   auto &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3089   auto &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
3090
3091   // Optional analyses.
3092   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
3093   auto *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
3094
3095   return combineInstructionsOverFunction(F, Worklist, AA, AC, TLI, DT, LI);
3096 }
3097
3098 char InstructionCombiningPass::ID = 0;
3099 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3100                       "Combine redundant instructions", false, false)
3101 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
3102 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
3103 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
3104 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
3105 INITIALIZE_PASS_END(InstructionCombiningPass, "instcombine",
3106                     "Combine redundant instructions", false, false)
3107
3108 // Initialization Routines
3109 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
3110   initializeInstructionCombiningPassPass(Registry);
3111 }
3112
3113 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
3114   initializeInstructionCombiningPassPass(*unwrap(R));
3115 }
3116
3117 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
3118   return new InstructionCombiningPass();
3119 }