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