Make helper functions static.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "InstCombine.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
44 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
45 #include "llvm/IR/CFG.h"
46 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
47 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
48 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
49 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
50 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
51 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
52 #include "llvm/Support/Debug.h"
53 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
54 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
55 #include <algorithm>
56 #include <climits>
57 using namespace llvm;
58 using namespace llvm::PatternMatch;
59
60 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
61
62 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
63 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
64 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
65 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
66 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
67 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
68 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
69
70 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
71                                    cl::init(false),
72                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
73                                             "shrinking for math lib calls"));
74
75 // Initialization Routines
76 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
77   initializeInstCombinerPass(Registry);
78 }
79
80 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
81   initializeInstCombine(*unwrap(R));
82 }
83
84 char InstCombiner::ID = 0;
85 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
86                 "Combine redundant instructions", false, false)
87 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
88 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
89                 "Combine redundant instructions", false, false)
90
91 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
92   AU.setPreservesCFG();
93   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
94 }
95
96
97 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
98   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
99 }
100
101 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
102 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
103 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
104 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
105   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
106
107   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
108   if (!DL) return false;
109
110   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
111   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
112   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
113   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
114
115   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
116   // type, don't do the transformation.
117   if (FromLegal && !ToLegal)
118     return false;
119
120   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
121   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
122   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
123     return false;
124
125   return true;
126 }
127
128 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
129 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
130 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
131 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
132 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
133 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
134   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
135   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
136     return false;
137   }
138
139   // We reason about Add and Sub Only.
140   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
141   if (Opcode != Instruction::Add &&
142       Opcode != Instruction::Sub) {
143     return false;
144   }
145
146   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
147   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
148
149   if (!CB || !CC) {
150     return false;
151   }
152
153   const APInt &BVal = CB->getValue();
154   const APInt &CVal = CC->getValue();
155   bool Overflow = false;
156
157   if (Opcode == Instruction::Add) {
158     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
159   } else {
160     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
161   }
162
163   return !Overflow;
164 }
165
166 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
167 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
168 /// preserved.
169 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
170   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
171   if (!FPMO) {
172     I.clearSubclassOptionalData();
173     return;
174   }
175
176   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
177   I.clearSubclassOptionalData();
178   I.setFastMathFlags(FMF);
179 }
180
181 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
182 /// operators which are associative or commutative:
183 //
184 //  Commutative operators:
185 //
186 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
187 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
188 //     binary operators.
189 //
190 //  Associative operators:
191 //
192 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
193 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
194 //
195 //  Associative and commutative operators:
196 //
197 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
198 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
199 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
200 //     if C1 and C2 are constants.
201 //
202 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
203   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
204   bool Changed = false;
205
206   do {
207     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
208     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
209     // binary operators.
210     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
211         getComplexity(I.getOperand(1)))
212       Changed = !I.swapOperands();
213
214     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
215     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
216
217     if (I.isAssociative()) {
218       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
219       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
220         Value *A = Op0->getOperand(0);
221         Value *B = Op0->getOperand(1);
222         Value *C = I.getOperand(1);
223
224         // Does "B op C" simplify?
225         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
226           // It simplifies to V.  Form "A op V".
227           I.setOperand(0, A);
228           I.setOperand(1, V);
229           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
230           // preserved by the reassociation.
231           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
232               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
233             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
234             // the operands to Op0.
235             I.clearSubclassOptionalData();
236             I.setHasNoSignedWrap(true);
237           } else {
238             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
239           }
240
241           Changed = true;
242           ++NumReassoc;
243           continue;
244         }
245       }
246
247       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
248       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
249         Value *A = I.getOperand(0);
250         Value *B = Op1->getOperand(0);
251         Value *C = Op1->getOperand(1);
252
253         // Does "A op B" simplify?
254         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
255           // It simplifies to V.  Form "V op C".
256           I.setOperand(0, V);
257           I.setOperand(1, C);
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
268     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
269       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
270       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
271         Value *A = Op0->getOperand(0);
272         Value *B = Op0->getOperand(1);
273         Value *C = I.getOperand(1);
274
275         // Does "C op A" simplify?
276         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
277           // It simplifies to V.  Form "V op B".
278           I.setOperand(0, V);
279           I.setOperand(1, B);
280           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
281           // preserved by the reassociation.
282           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
283           Changed = true;
284           ++NumReassoc;
285           continue;
286         }
287       }
288
289       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
290       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
291         Value *A = I.getOperand(0);
292         Value *B = Op1->getOperand(0);
293         Value *C = Op1->getOperand(1);
294
295         // Does "C op A" simplify?
296         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
297           // It simplifies to V.  Form "B op V".
298           I.setOperand(0, B);
299           I.setOperand(1, V);
300           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
301           // preserved by the reassociation.
302           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
303           Changed = true;
304           ++NumReassoc;
305           continue;
306         }
307       }
308
309       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
310       // if C1 and C2 are constants.
311       if (Op0 && Op1 &&
312           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
313           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
314           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
315           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
316         Value *A = Op0->getOperand(0);
317         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
318         Value *B = Op1->getOperand(0);
319         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
320
321         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
322         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
323         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
324           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
325           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
326           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
327           New->setFastMathFlags(Flags);
328         }
329         InsertNewInstWith(New, I);
330         New->takeName(Op1);
331         I.setOperand(0, New);
332         I.setOperand(1, Folded);
333         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
334         // preserved by the reassociation.
335         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
336
337         Changed = true;
338         continue;
339       }
340     }
341
342     // No further simplifications.
343     return Changed;
344   } while (1);
345 }
346
347 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
348 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
349 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
350                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
351   switch (LOp) {
352   default:
353     return false;
354
355   case Instruction::And:
356     // And distributes over Or and Xor.
357     switch (ROp) {
358     default:
359       return false;
360     case Instruction::Or:
361     case Instruction::Xor:
362       return true;
363     }
364
365   case Instruction::Mul:
366     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
367     switch (ROp) {
368     default:
369       return false;
370     case Instruction::Add:
371     case Instruction::Sub:
372       return true;
373     }
374
375   case Instruction::Or:
376     // Or distributes over And.
377     switch (ROp) {
378     default:
379       return false;
380     case Instruction::And:
381       return true;
382     }
383   }
384 }
385
386 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
387 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
388 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
389                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
390   if (Instruction::isCommutative(ROp))
391     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
392   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
393   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
394   // such subtleties.
395   return false;
396 }
397
398 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
399 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
400 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
401   if (isa<Constant>(V))
402     return nullptr;
403
404   if (OpCode == Instruction::Mul)
405     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
406
407   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
408
409   return nullptr;
410 }
411
412 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
413 /// laws. This also factor SHL as MUL e.g. SHL(X, 2) ==> MUL(X, 4).
414 static Instruction::BinaryOps
415 getBinOpsForFactorization(BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
416   if (!Op)
417     return Instruction::BinaryOpsEnd;
418
419   if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
420     if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
421       // The multiplier is really 1 << CST.
422       RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
423       LHS = Op->getOperand(0);
424       return Instruction::Mul;
425     }
426   }
427
428   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
429
430   LHS = Op->getOperand(0);
431   RHS = Op->getOperand(1);
432   return Op->getOpcode();
433 }
434
435 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
436 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
437 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
438                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
439                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
440                                Value *B, Value *C, Value *D) {
441
442   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
443   // Checking A and C should be enough.
444   if (!A || !C || !B || !D)
445     return nullptr;
446
447   Value *SimplifiedInst = nullptr;
448   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
449   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
450
451   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
452   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
453
454   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
455   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
456     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
457     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
458     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
459       if (A != C)
460         std::swap(C, D);
461       // Consider forming "A op' (B op D)".
462       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
463       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
464       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
465       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
466       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
467         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
468       if (V) {
469         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
470       }
471     }
472
473   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
474   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
475     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
476     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
477     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
478       if (B != D)
479         std::swap(C, D);
480       // Consider forming "(A op C) op' B".
481       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
482       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
483
484       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
485       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
486       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
487         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
488       if (V) {
489         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
490       }
491     }
492
493   if (SimplifiedInst) {
494     ++NumFactor;
495     SimplifiedInst->takeName(&I);
496
497     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
498     // TODO: Check for NUW.
499     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
500       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
501         bool HasNSW = false;
502         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
503           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
504
505         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
506           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
507             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
508
509         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
510           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
511             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
512         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
513       }
514     }
515   }
516   return SimplifiedInst;
517 }
518
519 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
520 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
521 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
522 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
523 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
524 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
525   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
526   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
527   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
528
529   // Factorization.
530   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
531   Instruction::BinaryOps LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(Op0, A, B);
532   Instruction::BinaryOps RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(Op1, C, D);
533
534   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
535   // a common term.
536   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
537     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
538       return V;
539   }
540
541   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
542   // term.
543   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
544                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
545     return V;
546
547   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
548   // term.
549   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
550                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
551     return V;
552
553   // Expansion.
554   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
555   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
556     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
557     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
558     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
559     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
560
561     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
562     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
563       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
564         // They do! Return "L op' R".
565         ++NumExpand;
566         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
567         if ((L == A && R == B) ||
568             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
569           return Op0;
570         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
571         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
572           return V;
573         // Otherwise, create a new instruction.
574         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
575         C->takeName(&I);
576         return C;
577       }
578   }
579
580   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
581     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
582     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
583     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
584     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
585
586     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
587     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
588       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
589         // They do! Return "L op' R".
590         ++NumExpand;
591         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
592         if ((L == B && R == C) ||
593             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
594           return Op1;
595         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
596         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
597           return V;
598         // Otherwise, create a new instruction.
599         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
600         A->takeName(&I);
601         return A;
602       }
603   }
604
605   return nullptr;
606 }
607
608 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
609 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
610 //
611 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
612   if (BinaryOperator::isNeg(V))
613     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
614
615   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
616   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
617     return ConstantExpr::getNeg(C);
618
619   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
620     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
621       return ConstantExpr::getNeg(C);
622
623   return nullptr;
624 }
625
626 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
627 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
628 // form).
629 //
630 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
631   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
632     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
633
634   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
635   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
636     return ConstantExpr::getFNeg(C);
637
638   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
639     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
640       return ConstantExpr::getFNeg(C);
641
642   return nullptr;
643 }
644
645 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
646                                              InstCombiner *IC) {
647   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
648     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
649   }
650
651   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
652   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
653   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
654
655   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
656     if (ConstIsRHS)
657       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
658     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
659   }
660
661   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
662   if (!ConstIsRHS)
663     std::swap(Op0, Op1);
664
665   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
666     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
667                                     SO->getName()+".op");
668     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
669     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
670       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
671     return RI;
672   }
673   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
674     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
675                                    SO->getName()+".cmp");
676   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
677     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
678                                    SO->getName()+".cmp");
679   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
680 }
681
682 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
683 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
684 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
685 // not have a second operand.
686 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
687   // Don't modify shared select instructions
688   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
689   Value *TV = SI->getOperand(1);
690   Value *FV = SI->getOperand(2);
691
692   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
693     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
694     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
695
696     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
697     // elements on both sides.
698     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
699       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
700       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
701
702       // Verify that either both or neither are vectors.
703       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
704       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
705       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
706         return nullptr;
707     }
708
709     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
710     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
711
712     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
713                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
714   }
715   return nullptr;
716 }
717
718
719 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
720 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
721 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
722 ///
723 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
724   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
725   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
726   if (NumPHIValues == 0)
727     return nullptr;
728
729   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
730   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
731   // uses into the PHI.
732   if (!PN->hasOneUse()) {
733     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
734     for (User *U : PN->users()) {
735       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
736       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
737         return nullptr;
738     }
739     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
740   }
741
742   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
743   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
744   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
745   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
746   // their computation can be expensive without a cost model.
747   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
748   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
749     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
750     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
751       continue;
752
753     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
754     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
755
756     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
757
758     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
759     // insert a computation after it without breaking the edge.
760     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
761       if (II->getParent() == NonConstBB)
762         return nullptr;
763
764     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
765     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
766     // instcombine.
767     if (NonConstBB == I.getParent())
768       return nullptr;
769   }
770
771   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
772   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
773   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
774   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
775   if (NonConstBB != nullptr) {
776     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
777     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
778   }
779
780   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
781   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
782   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
783   NewPN->takeName(PN);
784
785   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
786   // predecessors terminator.
787   if (NonConstBB)
788     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
789
790   // Next, add all of the operands to the PHI.
791   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
792     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
793     // not the true/false values.
794     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
795     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
796     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
797     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
798       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
799       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
800       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
801       Value *InV = nullptr;
802       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
803       // even if currently isNullValue gives false.
804       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
805       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
806         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
807       else
808         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
809                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
810       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
811     }
812   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
813     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
814     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
815       Value *InV = nullptr;
816       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
817         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
818       else if (isa<ICmpInst>(CI))
819         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
820                                   C, "phitmp");
821       else
822         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
823                                   C, "phitmp");
824       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
825     }
826   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
827     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
828     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
829       Value *InV = nullptr;
830       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
831         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
832       else
833         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
834                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
835       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
836     }
837   } else {
838     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
839     Type *RetTy = CI->getType();
840     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
841       Value *InV;
842       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
843         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
844       else
845         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
846                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
847       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
848     }
849   }
850
851   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
852     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
853     if (User == &I) continue;
854     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
855     EraseInstFromFunction(*User);
856   }
857   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
858 }
859
860 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
861 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
862 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
863 /// return the resultant element type, otherwise return null.
864 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
865                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
866   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
867
868   if (!DL)
869     return nullptr;
870
871   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
872   if (!Ty->isSized())
873     return nullptr;
874
875   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
876   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
877   // is something like [0 x {int, int}]
878   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
879   int64_t FirstIdx = 0;
880   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
881     FirstIdx = Offset/TySize;
882     Offset -= FirstIdx*TySize;
883
884     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
885     if (Offset < 0) {
886       --FirstIdx;
887       Offset += TySize;
888       assert(Offset >= 0);
889     }
890     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
891   }
892
893   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
894
895   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
896   while (Offset) {
897     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
898     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
899       return nullptr;
900
901     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
902       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
903       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
904              "Offset must stay within the indexed type");
905
906       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
907       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
908                                             Elt));
909
910       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
911       Ty = STy->getElementType(Elt);
912     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
913       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
914       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
915       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
916       Offset %= EltSize;
917       Ty = AT->getElementType();
918     } else {
919       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
920       return nullptr;
921     }
922   }
923
924   return Ty;
925 }
926
927 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
928   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
929   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
930   // the indices.
931   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
932       !Src.hasOneUse())
933     return false;
934   return true;
935 }
936
937 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
938 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
939 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
940   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
941   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
942          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
943
944   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
945   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
946     NoSignedWrap = true;
947     return Val;
948   }
949
950   // If Scale is zero then it does not divide Val.
951   if (Scale.isMinValue())
952     return nullptr;
953
954   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
955   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
956   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
957   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
958   // down from Val:
959   //
960   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
961   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
962   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
963   //
964   // Then to modify a term at the bottom:
965   //
966   //     Val = M1 * X
967   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
968   //
969   // Then to work back up correcting nsw flags.
970
971   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
972   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
973   Value *Op = Val;
974
975   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
976   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
977   // 0'th operand of Val.
978   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
979
980   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
981   // levels that doesn't overflow.
982   bool RequireNoSignedWrap = false;
983
984   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
985   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
986
987   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
988
989     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
990       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
991       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
992       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
993       if (!Remainder.isMinValue())
994         // Not divisible by Scale.
995         return nullptr;
996       // Replace with the quotient in the parent.
997       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
998       NoSignedWrap = true;
999       break;
1000     }
1001
1002     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1003
1004       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1005         // Multiplication.
1006         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1007         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1008           return nullptr;
1009
1010         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1011         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1012         // multiplication by something else.
1013         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1014         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1015
1016         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1017           // Multiplication by a constant.
1018           if (CI->getValue() == Scale) {
1019             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1020             // by its left-hand side in the parent.
1021             Op = LHS;
1022             break;
1023           }
1024
1025           // Otherwise drill down into the constant.
1026           if (!Op->hasOneUse())
1027             return nullptr;
1028
1029           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1030           continue;
1031         }
1032
1033         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1034         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1035         if (!Op->hasOneUse())
1036           return nullptr;
1037
1038         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1039         continue;
1040       }
1041
1042       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1043           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1044         // Multiplication by a power of 2.
1045         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1046         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1047           return nullptr;
1048
1049         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1050         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1051           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1052         // Op = LHS << Amt.
1053
1054         if (Amt == logScale) {
1055           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1056           // by its left-hand side in the parent.
1057           Op = LHS;
1058           break;
1059         }
1060         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1061           return nullptr;
1062
1063         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1064         // by the scale in the parent.
1065         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1066         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1067         break;
1068       }
1069     }
1070
1071     if (!Op->hasOneUse())
1072       return nullptr;
1073
1074     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1075       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1076         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1077         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1078         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1079         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1080         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1081         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1082         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1083         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1084         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1085           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1086           return nullptr;
1087         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1088         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1089         RequireNoSignedWrap = true;
1090
1091         // Drill down through the cast.
1092         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1093         Scale = SmallScale;
1094         continue;
1095       }
1096
1097       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1098         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1099         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1100         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1101         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1102         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1103         // from this point up in the expression (see later).
1104         if (RequireNoSignedWrap)
1105           return nullptr;
1106
1107         // Drill down through the cast.
1108         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1109         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1110         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1111         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1112           logScale = -1;
1113         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1114         continue;
1115       }
1116     }
1117
1118     // Unsupported expression, bail out.
1119     return nullptr;
1120   }
1121
1122   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1123   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1124   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1125   // not to overflow.
1126
1127   if (!Parent.first)
1128     // The expression only had one term.
1129     return Op;
1130
1131   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1132   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1133   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1134          "Descaling was a no-op?");
1135   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1136   Worklist.Add(Parent.first);
1137
1138   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1139   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1140   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1141   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1142   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1143   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1144   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1145   do {
1146     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1147       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1148       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1149       // from this point on up.
1150       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1151       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1152       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1153         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1154         Worklist.Add(Ancestor);
1155       }
1156     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1157       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1158       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1159       // the absolute values of the truncations.
1160       NoSignedWrap = false;
1161     }
1162     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1163            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1164
1165     if (Ancestor == Val)
1166       // Got to the top, all done!
1167       return Val;
1168
1169     // Move up one level in the expression.
1170     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1171     Ancestor = Ancestor->user_back();
1172   } while (1);
1173 }
1174
1175 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1176 /// specified one but with other operands.
1177 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1178                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1179   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1180   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1181     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1182       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1183       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1184     }
1185     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1186       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1187   }
1188   return BORes;
1189 }
1190
1191 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1192 /// \param Inst Binary operator to transform.
1193 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1194 ///         null pointer if no transformation was made.
1195 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1196   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1197
1198   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1199   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1200   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1201   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1202
1203   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1204   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1205   // shuffle after binary operation:
1206   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1207   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1208     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1209     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1210     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1211         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1212         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1213         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1214       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1215           RShuf->getOperand(0), Builder);
1216       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1217           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1218       return Res;
1219     }
1220   }
1221
1222   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1223   // try moving the shuffle after the binary operation.
1224   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1225   Constant *C1 = nullptr;
1226   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1227   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1228   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1229   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1230   if (Shuffle && C1 &&
1231       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1232       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1233       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1234     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1235     // Find constant C2 that has property:
1236     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1237     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1238     // reorder is not possible.
1239     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1240                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1241     bool MayChange = true;
1242     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1243       if (ShMask[I] >= 0) {
1244         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1245         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1246           MayChange = false;
1247           break;
1248         }
1249         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1250       }
1251     }
1252     if (MayChange) {
1253       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1254       Value *NewLHS, *NewRHS;
1255       if (isa<Constant>(LHS)) {
1256         NewLHS = C2;
1257         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1258       } else {
1259         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1260         NewRHS = C2;
1261       }
1262       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1263       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1264           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1265       return Res;
1266     }
1267   }
1268
1269   return nullptr;
1270 }
1271
1272 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1273   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1274
1275   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL))
1276     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1277
1278   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1279
1280   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1281   // by multiples of a zero size type with zero.
1282   if (DL) {
1283     bool MadeChange = false;
1284     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1285
1286     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1287     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1288          I != E; ++I, ++GTI) {
1289       // Skip indices into struct types.
1290       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1291       if (!SeqTy) continue;
1292
1293       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1294       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1295       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1296           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1297         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1298           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1299           MadeChange = true;
1300         }
1301
1302       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1303       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1304         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1305         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1306         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1307         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1308         MadeChange = true;
1309       }
1310     }
1311     if (MadeChange) return &GEP;
1312   }
1313
1314   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1315   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1316     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1317     if (!Op1)
1318       return nullptr;
1319
1320     signed DI = -1;
1321
1322     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1323       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1324       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1325         return nullptr;
1326
1327       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1328       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1329
1330       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1331         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1332           return nullptr;
1333
1334         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1335           if (DI == -1) {
1336             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1337             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1338             // variable.
1339
1340             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1341             // static for struct slots
1342             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1343               return nullptr;
1344
1345             DI = J;
1346           } else {
1347             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1348             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1349             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1350             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1351             // directly supports and would need to be broken into several
1352             // simpler instructions anyway.
1353             return nullptr;
1354           }
1355         }
1356
1357         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1358         if (J > 0) {
1359           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1360             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1361           } else {
1362             CurTy = nullptr;
1363           }
1364         }
1365       }
1366     }
1367
1368     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1369
1370     if (DI == -1) {
1371       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1372       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1373       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1374                                             NewGEP);
1375     } else {
1376       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1377       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1378       // set that index.
1379       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1380       Builder->SetInsertPoint(PN);
1381       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1382                                           PN->getNumOperands());
1383       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1384
1385       for (auto &I : PN->operands())
1386         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1387                            PN->getIncomingBlock(I));
1388
1389       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1390       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1391                                             NewGEP);
1392       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1393     }
1394
1395     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1396     PtrOp = NewGEP;
1397   }
1398
1399   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1400   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1401   // getelementptr instructions into a single instruction.
1402   //
1403   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1404     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1405       return nullptr;
1406
1407     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1408     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1409     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1410     if (GEPOperator *SrcGEP =
1411           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1412       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1413         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1414
1415     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1416
1417     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1418     bool EndsWithSequential = false;
1419     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1420          I != E; ++I)
1421       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1422
1423     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1424     if (EndsWithSequential) {
1425       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1426       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1427       //
1428       Value *Sum;
1429       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1430       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1431       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1432         Sum = GO1;
1433       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1434         Sum = SO1;
1435       } else {
1436         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1437         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1438         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1439         // normalized.
1440         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1441           return nullptr;
1442         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1443       }
1444
1445       // Update the GEP in place if possible.
1446       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1447         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1448         GEP.setOperand(1, Sum);
1449         return &GEP;
1450       }
1451       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1452       Indices.push_back(Sum);
1453       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1454     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1455                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1456                Src->getNumOperands() != 1) {
1457       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1458       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1459       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1460     }
1461
1462     if (!Indices.empty())
1463       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1464         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1465                                           GEP.getName()) :
1466         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1467   }
1468
1469   // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
1470   // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1471   // pointer arithmetic.
1472   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1 &&
1473       match(GEP.getOperand(1), m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1474     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1475     if (GEP.getType() == Builder->getInt8PtrTy(AS) &&
1476         GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1477         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1478       Operator *Index = cast<Operator>(GEP.getOperand(1));
1479       Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1480       Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1481       return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1482     }
1483   }
1484
1485   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1486   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1487   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1488
1489   // We do not handle pointer-vector geps here.
1490   if (!StrippedPtrTy)
1491     return nullptr;
1492
1493   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1494     bool HasZeroPointerIndex = false;
1495     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1496       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1497
1498     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1499     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1500     //
1501     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1502     //           into     : GEP i8* X, ...
1503     //
1504     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1505     if (HasZeroPointerIndex) {
1506       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1507       if (ArrayType *CATy =
1508           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1509         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1510         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1511           // -> GEP i8* X, ...
1512           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1513           GetElementPtrInst *Res =
1514             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1515           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1516           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1517             return Res;
1518           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1519           // e.g.,
1520           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1521           // ->
1522           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1523           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1524           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1525         }
1526
1527         if (ArrayType *XATy =
1528               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1529           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1530           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1531             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1532             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1533             // to an array of the same type as the destination pointer
1534             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1535             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1536             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1537               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1538               return &GEP;
1539             }
1540             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1541             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1542             // an addrspacecast.
1543             // e.g.,
1544             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1545             //   i32 0, ...
1546             // ->
1547             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1548             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1549             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1550             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1551               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1552               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1553             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1554           }
1555         }
1556       }
1557     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1558       // Transform things like:
1559       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1560       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1561       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1562       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1563       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1564           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1565           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1566         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1567         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1568         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1569           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1570           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1571
1572         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1573         if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace())
1574           return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1575         return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1576       }
1577
1578       // Transform things like:
1579       // %V = mul i64 %N, 4
1580       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1581       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1582       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1583         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1584         // factor.
1585         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1586         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1587         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1588           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1589           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1590           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1591
1592           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1593           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1594           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1595                  "Index not cast to pointer width?");
1596
1597           bool NSW;
1598           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1599             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1600             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1601             // GEP may not be "inbounds".
1602             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1603               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1604               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1605
1606             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1607             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace())
1608               return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1609             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1610           }
1611         }
1612       }
1613
1614       // Similarly, transform things like:
1615       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1616       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1617       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1618       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1619           SrcElTy->isArrayTy()) {
1620         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1621         // index by a scale factor.
1622         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1623         uint64_t ArrayEltSize
1624           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1625         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1626           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1627           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1628           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1629
1630           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1631           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1632           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1633                  "Index not cast to pointer width?");
1634
1635           bool NSW;
1636           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1637             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1638             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1639             // GEP may not be "inbounds".
1640             Value *Off[2] = {
1641               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1642               NewIdx
1643             };
1644
1645             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1646               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1647               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1648             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1649             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace())
1650               return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1651             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1652           }
1653         }
1654       }
1655     }
1656   }
1657
1658   if (!DL)
1659     return nullptr;
1660
1661   /// See if we can simplify:
1662   ///   X = bitcast A* to B*
1663   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1664   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1665   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1666   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1667     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1668     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1669     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(OpType);
1670     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1671     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1672         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset) &&
1673         StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getPointerAddressSpace()) {
1674
1675       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1676       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1677       if (!Offset) {
1678         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1679         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1680         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1681           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1682           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1683             if (I != BCI) {
1684               I->takeName(BCI);
1685               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1686               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1687             }
1688             return &GEP;
1689           }
1690         }
1691         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1692       }
1693
1694       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1695       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1696       // GEP.
1697       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1698       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1699         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1700           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1701           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1702
1703         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1704           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1705         NGEP->takeName(&GEP);
1706         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1707       }
1708     }
1709   }
1710
1711   return nullptr;
1712 }
1713
1714 static bool
1715 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1716                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1717   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1718   Worklist.push_back(AI);
1719
1720   do {
1721     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1722     for (User *U : PI->users()) {
1723       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1724       switch (I->getOpcode()) {
1725       default:
1726         // Give up the moment we see something we can't handle.
1727         return false;
1728
1729       case Instruction::BitCast:
1730       case Instruction::GetElementPtr:
1731         Users.push_back(I);
1732         Worklist.push_back(I);
1733         continue;
1734
1735       case Instruction::ICmp: {
1736         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1737         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1738         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1739           return false;
1740         Users.push_back(I);
1741         continue;
1742       }
1743
1744       case Instruction::Call:
1745         // Ignore no-op and store intrinsics.
1746         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1747           switch (II->getIntrinsicID()) {
1748           default:
1749             return false;
1750
1751           case Intrinsic::memmove:
1752           case Intrinsic::memcpy:
1753           case Intrinsic::memset: {
1754             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1755             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1756               return false;
1757           }
1758           // fall through
1759           case Intrinsic::dbg_declare:
1760           case Intrinsic::dbg_value:
1761           case Intrinsic::invariant_start:
1762           case Intrinsic::invariant_end:
1763           case Intrinsic::lifetime_start:
1764           case Intrinsic::lifetime_end:
1765           case Intrinsic::objectsize:
1766             Users.push_back(I);
1767             continue;
1768           }
1769         }
1770
1771         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1772           Users.push_back(I);
1773           continue;
1774         }
1775         return false;
1776
1777       case Instruction::Store: {
1778         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1779         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1780           return false;
1781         Users.push_back(I);
1782         continue;
1783       }
1784       }
1785       llvm_unreachable("missing a return?");
1786     }
1787   } while (!Worklist.empty());
1788   return true;
1789 }
1790
1791 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1792   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1793   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1794   // true or false as appropriate.
1795   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1796   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1797     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1798       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1799       if (!I) continue;
1800
1801       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1802         ReplaceInstUsesWith(*C,
1803                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1804                                              C->isFalseWhenEqual()));
1805       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1806         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1807       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1808         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1809           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1810           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1811           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1812         }
1813       }
1814       EraseInstFromFunction(*I);
1815     }
1816
1817     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1818       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1819       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1820       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1821       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1822                          None, "", II->getParent());
1823     }
1824     return EraseInstFromFunction(MI);
1825   }
1826   return nullptr;
1827 }
1828
1829 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1830 ///
1831 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1832 /// against NULL (property 0).
1833 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1834 ///
1835 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1836 /// will be removed, i.e.:
1837 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1838 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1839 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1840 ///
1841 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1842 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1843 /// profitable (e.g., for code size).
1844 static Instruction *
1845 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1846   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1847   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1848   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1849
1850   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1851   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1852   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1853   //        not be profitable even for code size.
1854   if (!PredBB)
1855     return nullptr;
1856
1857   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1858   //                         free and an unconditional branch?
1859   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1860   //        predecessor block
1861   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1862     return nullptr;
1863   BasicBlock *SuccBB;
1864   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1865     return nullptr;
1866
1867   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1868   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1869   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1870   ICmpInst::Predicate Pred;
1871   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1872     return nullptr;
1873   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1874     return nullptr;
1875
1876   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1877   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1878     return nullptr;
1879   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1880          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1881
1882   FI.moveBefore(TI);
1883   return &FI;
1884 }
1885
1886
1887 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1888   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1889
1890   // free undef -> unreachable.
1891   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1892     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1893     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1894                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1895     return EraseInstFromFunction(FI);
1896   }
1897
1898   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1899   // when lots of inlining happens.
1900   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1901     return EraseInstFromFunction(FI);
1902
1903   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1904   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1905   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1906   // if (foo) free(foo);
1907   // into
1908   // free(foo);
1909   if (MinimizeSize)
1910     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1911       return I;
1912
1913   return nullptr;
1914 }
1915
1916
1917
1918 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1919   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1920   Value *X = nullptr;
1921   BasicBlock *TrueDest;
1922   BasicBlock *FalseDest;
1923   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1924       !isa<Constant>(X)) {
1925     // Swap Destinations and condition...
1926     BI.setCondition(X);
1927     BI.swapSuccessors();
1928     return &BI;
1929   }
1930
1931   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1932   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1933   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1934                              TrueDest, FalseDest)) &&
1935       BI.getCondition()->hasOneUse())
1936     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1937         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1938       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1939       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1940
1941       // Swap Destinations and condition.
1942       BI.swapSuccessors();
1943       Worklist.Add(Cond);
1944       return &BI;
1945     }
1946
1947   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
1948   ICmpInst::Predicate IPred;
1949   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1950                       TrueDest, FalseDest)) &&
1951       BI.getCondition()->hasOneUse())
1952     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1953         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1954         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
1955       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
1956       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
1957       // Swap Destinations and condition.
1958       BI.swapSuccessors();
1959       Worklist.Add(Cond);
1960       return &BI;
1961     }
1962
1963   return nullptr;
1964 }
1965
1966 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1967   Value *Cond = SI.getCondition();
1968   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
1969     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
1970       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
1971         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
1972         // Skip the first item since that's the default case.
1973         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
1974              i != e; ++i) {
1975           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
1976           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
1977                                                       AddRHS);
1978           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
1979                  "Result of expression should be constant");
1980           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
1981         }
1982         SI.setCondition(I->getOperand(0));
1983         Worklist.Add(I);
1984         return &SI;
1985       }
1986   }
1987   return nullptr;
1988 }
1989
1990 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
1991   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
1992
1993   if (!EV.hasIndices())
1994     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
1995
1996   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
1997     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
1998       if (EV.getNumIndices() == 0)
1999         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2000       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2001       // first index
2002       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2003     }
2004     return nullptr; // Can't handle other constants
2005   }
2006
2007   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2008     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2009     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2010     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2011          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2012          exti != exte && insi != inse;
2013          ++exti, ++insi) {
2014       if (*insi != *exti)
2015         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2016         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2017         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2018         // operand of the insert. i.e., replace
2019         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2020         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2021         // with
2022         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2023         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2024                                         EV.getIndices());
2025     }
2026     if (exti == exte && insi == inse)
2027       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2028       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2029       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2030       // with "i32 42"
2031       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2032     if (exti == exte) {
2033       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2034       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2035       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2036       // with
2037       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2038       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2039       // by switching the order of the insert and extract (though the
2040       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2041       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2042                                                  EV.getIndices());
2043       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2044                                      makeArrayRef(insi, inse));
2045     }
2046     if (insi == inse)
2047       // The insert list is a prefix of the extract list
2048       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2049       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2050       // i.e., replace
2051       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2052       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2053       // with
2054       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2055       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2056                                       makeArrayRef(exti, exte));
2057   }
2058   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2059     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2060     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2061     // just get one value.
2062     if (II->hasOneUse()) {
2063       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2064       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2065       // and replace it with a traditional binary instruction.
2066       switch (II->getIntrinsicID()) {
2067       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2068       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2069         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2070           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2071           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2072           EraseInstFromFunction(*II);
2073           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2074         }
2075
2076         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2077         // we can transform this into a range comparison.
2078         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2079         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2080           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2081             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2082                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2083         break;
2084       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2085       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2086         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2087           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2088           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2089           EraseInstFromFunction(*II);
2090           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2091         }
2092         break;
2093       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2094       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2095         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2096           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2097           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2098           EraseInstFromFunction(*II);
2099           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2100         }
2101         break;
2102       default:
2103         break;
2104       }
2105     }
2106   }
2107   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2108     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2109     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2110     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2111     //        could be done regardless of having multiple uses.
2112     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2113       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2114       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2115       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2116       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2117       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2118             I != E; ++I)
2119         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2120
2121       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2122       // the extractvalue.
2123       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2124       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2125       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2126       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2127       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2128     }
2129   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2130   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2131   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2132   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2133   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2134   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2135   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2136   // aren't handled yet.
2137   return nullptr;
2138 }
2139
2140 enum Personality_Type {
2141   Unknown_Personality,
2142   GNU_Ada_Personality,
2143   GNU_CXX_Personality,
2144   GNU_ObjC_Personality
2145 };
2146
2147 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2148 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2149 /// otherwise return Unknown_Personality.
2150 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2151   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2152   if (!F)
2153     return Unknown_Personality;
2154   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2155     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2156     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2157     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2158     .Default(Unknown_Personality);
2159 }
2160
2161 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2162 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2163   switch (Personality) {
2164   case Unknown_Personality:
2165     return false;
2166   case GNU_Ada_Personality:
2167     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2168     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2169     return false;
2170   case GNU_CXX_Personality:
2171   case GNU_ObjC_Personality:
2172     return TypeInfo->isNullValue();
2173   }
2174   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2175 }
2176
2177 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2178   return
2179     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2180   <
2181     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2182 }
2183
2184 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2185   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2186   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2187   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2188   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2189
2190   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2191   // (these are often created by inlining).
2192   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2193   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2194   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2195
2196   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2197   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2198     bool isLastClause = i + 1 == e;
2199     if (LI.isCatch(i)) {
2200       // A catch clause.
2201       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2202       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2203
2204       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2205       // copy of it.
2206       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2207         // This catch clause was not already seen.
2208         NewClauses.push_back(CatchClause);
2209       } else {
2210         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2211         MakeNewInstruction = true;
2212       }
2213
2214       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2215       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2216       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2217         if (!isLastClause)
2218           MakeNewInstruction = true;
2219         CleanupFlag = false;
2220         break;
2221       }
2222     } else {
2223       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2224       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2225       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2226       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2227       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2228       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2229       // class derived from it).
2230       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2231       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2232       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2233       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2234
2235       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2236       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2237       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2238       if (!NumTypeInfos) {
2239         NewClauses.push_back(FilterClause);
2240         if (!isLastClause)
2241           MakeNewInstruction = true;
2242         CleanupFlag = false;
2243         break;
2244       }
2245
2246       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2247       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2248       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2249         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2250         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2251         Constant *TypeInfo =
2252           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2253         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2254         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2255           // Throw the filter away.
2256           MakeNewInstruction = true;
2257           continue;
2258         }
2259
2260         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2261         // discard all but the first copy if there is more than one.
2262         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2263         if (NumTypeInfos > 1)
2264           MakeNewFilter = true;
2265       } else {
2266         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2267         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2268         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2269
2270         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2271         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2272         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2273         bool SawCatchAll = false;
2274         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2275           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2276           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2277           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2278             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2279             SawCatchAll = true;
2280             break;
2281           }
2282           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2283             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2284             // is pointless.
2285             continue;
2286           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2287           // a filter, so only add it if we didn't already.
2288           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2289             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2290         }
2291         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2292         if (SawCatchAll) {
2293           // Throw the filter away.
2294           MakeNewInstruction = true;
2295           continue;
2296         }
2297
2298         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2299         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2300           MakeNewFilter = true;
2301       }
2302       if (MakeNewFilter) {
2303         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2304                                     NewFilterElts.size());
2305         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2306         MakeNewInstruction = true;
2307       }
2308
2309       NewClauses.push_back(FilterClause);
2310
2311       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2312       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2313       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2314       // already handled above.
2315       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2316         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2317         CleanupFlag = false;
2318         break;
2319       }
2320     }
2321   }
2322
2323   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2324   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2325   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2326   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2327   // filter optimizations below.
2328   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2329     unsigned j;
2330     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2331     for (j = i; j != e; ++j)
2332       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2333         break;
2334
2335     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2336     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2337     // new landingpad instruction if it does.
2338     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2339       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2340         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2341         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2342         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2343                          shorter_filter);
2344         MakeNewInstruction = true;
2345         break;
2346       }
2347
2348     // Look for the next batch of filters.
2349     i = j + 1;
2350   }
2351
2352   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2353   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2354   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2355   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2356   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2357   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2358   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2359   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2360   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2361   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2362   // specifications.
2363   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2364     // Examine each filter in turn.
2365     Value *Filter = NewClauses[i];
2366     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2367     if (!FTy)
2368       // Not a filter - skip it.
2369       continue;
2370     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2371     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2372     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2373     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2374       Value *LFilter = NewClauses[j];
2375       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2376       if (!LTy)
2377         // Not a filter - skip it.
2378         continue;
2379       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2380       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2381       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2382       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2383       if (!FElts) {
2384         // Discard LFilter.
2385         NewClauses.erase(J);
2386         MakeNewInstruction = true;
2387         // Move on to the next filter.
2388         continue;
2389       }
2390       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2391       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2392       if (FElts > LElts)
2393         // Move on to the next filter.
2394         continue;
2395       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2396       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2397         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2398         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2399         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2400           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2401           // Discard LFilter.
2402           NewClauses.erase(J);
2403           MakeNewInstruction = true;
2404         }
2405         // Move on to the next filter.
2406         continue;
2407       }
2408       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2409       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2410         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2411         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2412         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2413         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2414           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2415             // LFilter contains a zero - discard it.
2416             NewClauses.erase(J);
2417             MakeNewInstruction = true;
2418             break;
2419           }
2420         // Move on to the next filter.
2421         continue;
2422       }
2423       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2424       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2425       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2426       // using a method that scales nicely.
2427       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2428       bool AllFound = true;
2429       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2430         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2431         AllFound = false;
2432         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2433           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2434           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2435             AllFound = true;
2436             break;
2437           }
2438         }
2439         if (!AllFound)
2440           break;
2441       }
2442       if (AllFound) {
2443         // Discard LFilter.
2444         NewClauses.erase(J);
2445         MakeNewInstruction = true;
2446       }
2447       // Move on to the next filter.
2448     }
2449   }
2450
2451   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2452   // with a new one.
2453   if (MakeNewInstruction) {
2454     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2455                                                  LI.getPersonalityFn(),
2456                                                  NewClauses.size());
2457     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2458       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2459     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2460     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2461     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2462     if (NewClauses.empty())
2463       CleanupFlag = true;
2464     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2465     return NLI;
2466   }
2467
2468   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2469   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2470   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2471     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2472     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2473     return &LI;
2474   }
2475
2476   return nullptr;
2477 }
2478
2479
2480
2481
2482 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2483 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2484 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2485 /// end of its block.
2486 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2487   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2488
2489   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2490   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2491       isa<TerminatorInst>(I))
2492     return false;
2493
2494   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2495   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2496         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2497     return false;
2498
2499   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2500   // the end of block that could change the value.
2501   if (I->mayReadFromMemory()) {
2502     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2503          Scan != E; ++Scan)
2504       if (Scan->mayWriteToMemory())
2505         return false;
2506   }
2507
2508   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2509   I->moveBefore(InsertPos);
2510   ++NumSunkInst;
2511   return true;
2512 }
2513
2514
2515 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2516 /// all reachable code to the worklist.
2517 ///
2518 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2519 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2520 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2521 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2522 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2523 ///
2524 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2525                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
2526                                        InstCombiner &IC,
2527                                        const DataLayout *DL,
2528                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2529   bool MadeIRChange = false;
2530   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2531   Worklist.push_back(BB);
2532
2533   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2534   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2535
2536   do {
2537     BB = Worklist.pop_back_val();
2538
2539     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2540     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2541
2542     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2543       Instruction *Inst = BBI++;
2544
2545       // DCE instruction if trivially dead.
2546       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2547         ++NumDeadInst;
2548         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2549         Inst->eraseFromParent();
2550         continue;
2551       }
2552
2553       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2554       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2555         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2556           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2557                        << *Inst << '\n');
2558           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2559           ++NumConstProp;
2560           Inst->eraseFromParent();
2561           continue;
2562         }
2563
2564       if (DL) {
2565         // See if we can constant fold its operands.
2566         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2567              i != e; ++i) {
2568           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2569           if (CE == nullptr) continue;
2570
2571           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2572           if (!FoldRes)
2573             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2574           if (!FoldRes)
2575             FoldRes = CE;
2576
2577           if (FoldRes != CE) {
2578             *i = FoldRes;
2579             MadeIRChange = true;
2580           }
2581         }
2582       }
2583
2584       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2585     }
2586
2587     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2588     // constant, only visit the reachable successor.
2589     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2590     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2591       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2592         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2593         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2594         Worklist.push_back(ReachableBB);
2595         continue;
2596       }
2597     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2598       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2599         // See if this is an explicit destination.
2600         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2601              i != e; ++i)
2602           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2603             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2604             Worklist.push_back(ReachableBB);
2605             continue;
2606           }
2607
2608         // Otherwise it is the default destination.
2609         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2610         continue;
2611       }
2612     }
2613
2614     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2615       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2616   } while (!Worklist.empty());
2617
2618   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2619   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2620   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2621   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2622   // some N^2 behavior in pathological cases.
2623   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2624                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2625
2626   return MadeIRChange;
2627 }
2628
2629 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2630   MadeIRChange = false;
2631
2632   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2633                << F.getName() << "\n");
2634
2635   {
2636     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2637     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2638     // track of which blocks we visit.
2639     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2640     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2641                                                TLI);
2642
2643     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2644     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2645     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2646     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2647       if (Visited.count(BB)) continue;
2648
2649       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2650       // having to update as many def-use and use-def chains.
2651       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2652       while (EndInst != BB->begin()) {
2653         // Delete the next to last instruction.
2654         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2655         Instruction *Inst = --I;
2656         if (!Inst->use_empty())
2657           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2658         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2659           EndInst = Inst;
2660           continue;
2661         }
2662         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2663           ++NumDeadInst;
2664           MadeIRChange = true;
2665         }
2666         Inst->eraseFromParent();
2667       }
2668     }
2669   }
2670
2671   while (!Worklist.isEmpty()) {
2672     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2673     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2674
2675     // Check to see if we can DCE the instruction.
2676     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2677       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2678       EraseInstFromFunction(*I);
2679       ++NumDeadInst;
2680       MadeIRChange = true;
2681       continue;
2682     }
2683
2684     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2685     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2686       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2687         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2688
2689         // Add operands to the worklist.
2690         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2691         ++NumConstProp;
2692         EraseInstFromFunction(*I);
2693         MadeIRChange = true;
2694         continue;
2695       }
2696
2697     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2698     if (I->hasOneUse()) {
2699       BasicBlock *BB = I->getParent();
2700       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2701       BasicBlock *UserParent;
2702
2703       // Get the block the use occurs in.
2704       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2705         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2706       else
2707         UserParent = UserInst->getParent();
2708
2709       if (UserParent != BB) {
2710         bool UserIsSuccessor = false;
2711         // See if the user is one of our successors.
2712         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2713           if (*SI == UserParent) {
2714             UserIsSuccessor = true;
2715             break;
2716           }
2717
2718         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2719         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2720         // otherwise), we can keep going.
2721         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
2722           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2723           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
2724       }
2725     }
2726
2727     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2728     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2729     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2730
2731 #ifndef NDEBUG
2732     std::string OrigI;
2733 #endif
2734     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2735     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2736
2737     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2738       ++NumCombined;
2739       // Should we replace the old instruction with a new one?
2740       if (Result != I) {
2741         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2742                      << "    New = " << *Result << '\n');
2743
2744         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2745           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2746         // Everything uses the new instruction now.
2747         I->replaceAllUsesWith(Result);
2748
2749         // Move the name to the new instruction first.
2750         Result->takeName(I);
2751
2752         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2753         Worklist.Add(Result);
2754         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2755
2756         // Insert the new instruction into the basic block...
2757         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2758         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2759
2760         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2761         // insertion point.
2762         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2763           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2764
2765         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2766
2767         EraseInstFromFunction(*I);
2768       } else {
2769 #ifndef NDEBUG
2770         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2771                      << "    New = " << *I << '\n');
2772 #endif
2773
2774         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2775         // if so, remove it.
2776         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2777           EraseInstFromFunction(*I);
2778         } else {
2779           Worklist.Add(I);
2780           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2781         }
2782       }
2783       MadeIRChange = true;
2784     }
2785   }
2786
2787   Worklist.Zap();
2788   return MadeIRChange;
2789 }
2790
2791 namespace {
2792 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2793   InstCombiner *IC;
2794 public:
2795   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2796                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2797                                 InstCombiner *IC)
2798     : LibCallSimplifier(DL, TLI, UnsafeFPShrink) {
2799     this->IC = IC;
2800   }
2801
2802   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2803   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2804   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2805     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2806   }
2807 };
2808 }
2809
2810 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2811   if (skipOptnoneFunction(F))
2812     return false;
2813
2814   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2815   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2816   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2817   // Minimizing size?
2818   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2819                                                 Attribute::MinSize);
2820
2821   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2822   /// instructions into the worklist when they are created.
2823   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2824     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2825                InstCombineIRInserter(Worklist));
2826   Builder = &TheBuilder;
2827
2828   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2829   Simplifier = &TheSimplifier;
2830
2831   bool EverMadeChange = false;
2832
2833   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2834   // by instcombiner.
2835   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2836
2837   // Iterate while there is work to do.
2838   unsigned Iteration = 0;
2839   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2840     EverMadeChange = true;
2841
2842   Builder = nullptr;
2843   return EverMadeChange;
2844 }
2845
2846 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2847   return new InstCombiner();
2848 }