Revert two GEP-related InstCombine commits
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstructionCombining.cpp
1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
12 // algebraic simplification happens.
13 //
14 // This pass combines things like:
15 //    %Y = add i32 %X, 1
16 //    %Z = add i32 %Y, 1
17 // into:
18 //    %Z = add i32 %X, 2
19 //
20 // This is a simple worklist driven algorithm.
21 //
22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
23 // the program:
24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
31 //       shifts.
32 //   ... etc.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
37 #include "InstCombine.h"
38 #include "llvm-c/Initialization.h"
39 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
40 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
41 #include "llvm/ADT/StringSwitch.h"
42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
43 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
44 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
45 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
46 #include "llvm/IR/CFG.h"
47 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
48 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
49 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
50 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
51 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
52 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
53 #include "llvm/Support/Debug.h"
54 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
56 #include <algorithm>
57 #include <climits>
58 using namespace llvm;
59 using namespace llvm::PatternMatch;
60
61 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
62
63 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
64 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
65 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
66 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
67 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
68 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
69 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
70
71 static cl::opt<bool> UnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
72                                    cl::init(false),
73                                    cl::desc("Enable unsafe double to float "
74                                             "shrinking for math lib calls"));
75
76 // Initialization Routines
77 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
78   initializeInstCombinerPass(Registry);
79 }
80
81 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
82   initializeInstCombine(*unwrap(R));
83 }
84
85 char InstCombiner::ID = 0;
86 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
87                 "Combine redundant instructions", false, false)
88 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
89 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
90                 "Combine redundant instructions", false, false)
91
92 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
93   AU.setPreservesCFG();
94   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
95 }
96
97
98 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
99   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
100 }
101
102 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
103 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
104 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
105 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
106   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
107
108   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
109   if (!DL) return false;
110
111   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
112   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
113   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
114   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
115
116   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
117   // type, don't do the transformation.
118   if (FromLegal && !ToLegal)
119     return false;
120
121   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
122   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
123   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
124     return false;
125
126   return true;
127 }
128
129 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
130 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
131 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
132 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
133 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
134 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
135   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
136   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
137     return false;
138   }
139
140   // We reason about Add and Sub Only.
141   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
142   if (Opcode != Instruction::Add &&
143       Opcode != Instruction::Sub) {
144     return false;
145   }
146
147   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
148   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
149
150   if (!CB || !CC) {
151     return false;
152   }
153
154   const APInt &BVal = CB->getValue();
155   const APInt &CVal = CC->getValue();
156   bool Overflow = false;
157
158   if (Opcode == Instruction::Add) {
159     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
160   } else {
161     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
162   }
163
164   return !Overflow;
165 }
166
167 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
168 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
169 /// preserved.
170 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
171   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
172   if (!FPMO) {
173     I.clearSubclassOptionalData();
174     return;
175   }
176
177   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
178   I.clearSubclassOptionalData();
179   I.setFastMathFlags(FMF);
180 }
181
182 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
183 /// operators which are associative or commutative:
184 //
185 //  Commutative operators:
186 //
187 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
188 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
189 //     binary operators.
190 //
191 //  Associative operators:
192 //
193 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
194 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
195 //
196 //  Associative and commutative operators:
197 //
198 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
199 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
200 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
201 //     if C1 and C2 are constants.
202 //
203 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
204   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
205   bool Changed = false;
206
207   do {
208     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
209     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
210     // binary operators.
211     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
212         getComplexity(I.getOperand(1)))
213       Changed = !I.swapOperands();
214
215     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
216     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
217
218     if (I.isAssociative()) {
219       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
220       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
221         Value *A = Op0->getOperand(0);
222         Value *B = Op0->getOperand(1);
223         Value *C = I.getOperand(1);
224
225         // Does "B op C" simplify?
226         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
227           // It simplifies to V.  Form "A op V".
228           I.setOperand(0, A);
229           I.setOperand(1, V);
230           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
231           // preserved by the reassociation.
232           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
233               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
234             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
235             // the operands to Op0.
236             I.clearSubclassOptionalData();
237             I.setHasNoSignedWrap(true);
238           } else {
239             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
240           }
241
242           Changed = true;
243           ++NumReassoc;
244           continue;
245         }
246       }
247
248       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
249       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
250         Value *A = I.getOperand(0);
251         Value *B = Op1->getOperand(0);
252         Value *C = Op1->getOperand(1);
253
254         // Does "A op B" simplify?
255         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
256           // It simplifies to V.  Form "V op C".
257           I.setOperand(0, V);
258           I.setOperand(1, C);
259           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
260           // preserved by the reassociation.
261           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
262           Changed = true;
263           ++NumReassoc;
264           continue;
265         }
266       }
267     }
268
269     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
270       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
271       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
272         Value *A = Op0->getOperand(0);
273         Value *B = Op0->getOperand(1);
274         Value *C = I.getOperand(1);
275
276         // Does "C op A" simplify?
277         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
278           // It simplifies to V.  Form "V op B".
279           I.setOperand(0, V);
280           I.setOperand(1, B);
281           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
282           // preserved by the reassociation.
283           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
284           Changed = true;
285           ++NumReassoc;
286           continue;
287         }
288       }
289
290       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
291       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
292         Value *A = I.getOperand(0);
293         Value *B = Op1->getOperand(0);
294         Value *C = Op1->getOperand(1);
295
296         // Does "C op A" simplify?
297         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
298           // It simplifies to V.  Form "B op V".
299           I.setOperand(0, B);
300           I.setOperand(1, V);
301           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
302           // preserved by the reassociation.
303           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
304           Changed = true;
305           ++NumReassoc;
306           continue;
307         }
308       }
309
310       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
311       // if C1 and C2 are constants.
312       if (Op0 && Op1 &&
313           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
314           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
315           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
316           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
317         Value *A = Op0->getOperand(0);
318         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
319         Value *B = Op1->getOperand(0);
320         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
321
322         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
323         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
324         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
325           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
326           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
327           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
328           New->setFastMathFlags(Flags);
329         }
330         InsertNewInstWith(New, I);
331         New->takeName(Op1);
332         I.setOperand(0, New);
333         I.setOperand(1, Folded);
334         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
335         // preserved by the reassociation.
336         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
337
338         Changed = true;
339         continue;
340       }
341     }
342
343     // No further simplifications.
344     return Changed;
345   } while (1);
346 }
347
348 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
349 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
350 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
351                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
352   switch (LOp) {
353   default:
354     return false;
355
356   case Instruction::And:
357     // And distributes over Or and Xor.
358     switch (ROp) {
359     default:
360       return false;
361     case Instruction::Or:
362     case Instruction::Xor:
363       return true;
364     }
365
366   case Instruction::Mul:
367     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
368     switch (ROp) {
369     default:
370       return false;
371     case Instruction::Add:
372     case Instruction::Sub:
373       return true;
374     }
375
376   case Instruction::Or:
377     // Or distributes over And.
378     switch (ROp) {
379     default:
380       return false;
381     case Instruction::And:
382       return true;
383     }
384   }
385 }
386
387 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
388 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
389 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
390                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
391   if (Instruction::isCommutative(ROp))
392     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
393
394   switch (LOp) {
395   default:
396     return false;
397   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
398   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
399   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
400   case Instruction::And:
401   case Instruction::Or:
402   case Instruction::Xor:
403     switch (ROp) {
404     default:
405       return false;
406     case Instruction::Shl:
407     case Instruction::LShr:
408     case Instruction::AShr:
409       return true;
410     }
411   }
412   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
413   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
414   // such subtleties.
415   return false;
416 }
417
418 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
419 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
420 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
421   if (isa<Constant>(V))
422     return nullptr;
423
424   if (OpCode == Instruction::Mul)
425     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
426
427   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
428
429   return nullptr;
430 }
431
432 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
433 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
434 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
435 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
436 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
437 /// RHS to 4.
438 static Instruction::BinaryOps
439 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
440                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
441   if (!Op)
442     return Instruction::BinaryOpsEnd;
443
444   LHS = Op->getOperand(0);
445   RHS = Op->getOperand(1);
446
447   switch (TopLevelOpcode) {
448   default:
449     return Op->getOpcode();
450
451   case Instruction::Add:
452   case Instruction::Sub:
453     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
454       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
455         // The multiplier is really 1 << CST.
456         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
457         return Instruction::Mul;
458       }
459     }
460     return Op->getOpcode();
461   }
462
463   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
464 }
465
466 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
467 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
468 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
469                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
470                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
471                                Value *B, Value *C, Value *D) {
472
473   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
474   // Checking A and C should be enough.
475   if (!A || !C || !B || !D)
476     return nullptr;
477
478   Value *SimplifiedInst = nullptr;
479   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
480   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
481
482   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
483   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
484
485   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
486   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
487     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
488     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
489     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
490       if (A != C)
491         std::swap(C, D);
492       // Consider forming "A op' (B op D)".
493       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
494       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
495       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
496       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
497       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
498         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
499       if (V) {
500         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
501       }
502     }
503
504   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
505   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
506     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
507     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
508     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
509       if (B != D)
510         std::swap(C, D);
511       // Consider forming "(A op C) op' B".
512       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
513       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
514
515       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
516       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
517       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
518         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
519       if (V) {
520         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
521       }
522     }
523
524   if (SimplifiedInst) {
525     ++NumFactor;
526     SimplifiedInst->takeName(&I);
527
528     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
529     // TODO: Check for NUW.
530     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
531       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
532         bool HasNSW = false;
533         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
534           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
535
536         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
537           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
538             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
539
540         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
541           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
542             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
543         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
544       }
545     }
546   }
547   return SimplifiedInst;
548 }
549
550 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
551 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
552 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
553 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
554 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
555 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
556   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
557   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
558   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
559
560   // Factorization.
561   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
562   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
563   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
564   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
565
566   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
567   // a common term.
568   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
569     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
570       return V;
571   }
572
573   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
574   // term.
575   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
576                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
577     return V;
578
579   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
580   // term.
581   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
582                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
583     return V;
584
585   // Expansion.
586   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
587     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
588     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
589     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
590     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
591
592     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
593     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
594       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
595         // They do! Return "L op' R".
596         ++NumExpand;
597         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
598         if ((L == A && R == B) ||
599             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
600           return Op0;
601         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
602         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
603           return V;
604         // Otherwise, create a new instruction.
605         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
606         C->takeName(&I);
607         return C;
608       }
609   }
610
611   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
612     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
613     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
614     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
615     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
616
617     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
618     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
619       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
620         // They do! Return "L op' R".
621         ++NumExpand;
622         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
623         if ((L == B && R == C) ||
624             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
625           return Op1;
626         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
627         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
628           return V;
629         // Otherwise, create a new instruction.
630         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
631         A->takeName(&I);
632         return A;
633       }
634   }
635
636   return nullptr;
637 }
638
639 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
640 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
641 //
642 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
643   if (BinaryOperator::isNeg(V))
644     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
645
646   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
647   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
648     return ConstantExpr::getNeg(C);
649
650   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
651     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
652       return ConstantExpr::getNeg(C);
653
654   return nullptr;
655 }
656
657 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
658 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
659 // form).
660 //
661 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
662   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
663     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
664
665   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
666   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
667     return ConstantExpr::getFNeg(C);
668
669   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
670     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
671       return ConstantExpr::getFNeg(C);
672
673   return nullptr;
674 }
675
676 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
677                                              InstCombiner *IC) {
678   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
679     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
680   }
681
682   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
683   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
684   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
685
686   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
687     if (ConstIsRHS)
688       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
689     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
690   }
691
692   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
693   if (!ConstIsRHS)
694     std::swap(Op0, Op1);
695
696   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
697     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
698                                     SO->getName()+".op");
699     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
700     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
701       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
702     return RI;
703   }
704   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
705     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
706                                    SO->getName()+".cmp");
707   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
708     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
709                                    SO->getName()+".cmp");
710   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
711 }
712
713 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
714 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
715 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
716 // not have a second operand.
717 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
718   // Don't modify shared select instructions
719   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
720   Value *TV = SI->getOperand(1);
721   Value *FV = SI->getOperand(2);
722
723   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
724     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
725     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
726
727     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
728     // elements on both sides.
729     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
730       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
731       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
732
733       // Verify that either both or neither are vectors.
734       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
735       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
736       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
737         return nullptr;
738     }
739
740     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
741     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
742
743     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
744                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
745   }
746   return nullptr;
747 }
748
749
750 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
751 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
752 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
753 ///
754 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
755   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
756   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
757   if (NumPHIValues == 0)
758     return nullptr;
759
760   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
761   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
762   // uses into the PHI.
763   if (!PN->hasOneUse()) {
764     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
765     for (User *U : PN->users()) {
766       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
767       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
768         return nullptr;
769     }
770     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
771   }
772
773   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
774   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
775   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
776   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
777   // their computation can be expensive without a cost model.
778   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
779   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
780     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
781     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
782       continue;
783
784     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
785     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
786
787     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
788
789     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
790     // insert a computation after it without breaking the edge.
791     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
792       if (II->getParent() == NonConstBB)
793         return nullptr;
794
795     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
796     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
797     // instcombine.
798     if (NonConstBB == I.getParent())
799       return nullptr;
800   }
801
802   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
803   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
804   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
805   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
806   if (NonConstBB != nullptr) {
807     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
808     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
809   }
810
811   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
812   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
813   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
814   NewPN->takeName(PN);
815
816   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
817   // predecessors terminator.
818   if (NonConstBB)
819     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
820
821   // Next, add all of the operands to the PHI.
822   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
823     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
824     // not the true/false values.
825     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
826     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
827     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
828     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
829       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
830       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
831       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
832       Value *InV = nullptr;
833       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
834       // even if currently isNullValue gives false.
835       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
836       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
837         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
838       else
839         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
840                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
841       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
842     }
843   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
844     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
845     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
846       Value *InV = nullptr;
847       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
848         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
849       else if (isa<ICmpInst>(CI))
850         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
851                                   C, "phitmp");
852       else
853         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
854                                   C, "phitmp");
855       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
856     }
857   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
858     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
859     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
860       Value *InV = nullptr;
861       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
862         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
863       else
864         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
865                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
866       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
867     }
868   } else {
869     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
870     Type *RetTy = CI->getType();
871     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
872       Value *InV;
873       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
874         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
875       else
876         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
877                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
878       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
879     }
880   }
881
882   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
883     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
884     if (User == &I) continue;
885     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
886     EraseInstFromFunction(*User);
887   }
888   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
889 }
890
891 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
892 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
893 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
894 /// return the resultant element type, otherwise return null.
895 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
896                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
897   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
898
899   if (!DL)
900     return nullptr;
901
902   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
903   if (!Ty->isSized())
904     return nullptr;
905
906   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
907   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
908   // is something like [0 x {int, int}]
909   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
910   int64_t FirstIdx = 0;
911   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
912     FirstIdx = Offset/TySize;
913     Offset -= FirstIdx*TySize;
914
915     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
916     if (Offset < 0) {
917       --FirstIdx;
918       Offset += TySize;
919       assert(Offset >= 0);
920     }
921     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
922   }
923
924   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
925
926   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
927   while (Offset) {
928     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
929     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
930       return nullptr;
931
932     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
933       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
934       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
935              "Offset must stay within the indexed type");
936
937       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
938       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
939                                             Elt));
940
941       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
942       Ty = STy->getElementType(Elt);
943     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
944       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
945       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
946       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
947       Offset %= EltSize;
948       Ty = AT->getElementType();
949     } else {
950       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
951       return nullptr;
952     }
953   }
954
955   return Ty;
956 }
957
958 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
959   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
960   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
961   // the indices.
962   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
963       !Src.hasOneUse())
964     return false;
965   return true;
966 }
967
968 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
969 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
970 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
971   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
972   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
973          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
974
975   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
976   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
977     NoSignedWrap = true;
978     return Val;
979   }
980
981   // If Scale is zero then it does not divide Val.
982   if (Scale.isMinValue())
983     return nullptr;
984
985   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
986   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
987   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
988   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
989   // down from Val:
990   //
991   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
992   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
993   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
994   //
995   // Then to modify a term at the bottom:
996   //
997   //     Val = M1 * X
998   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
999   //
1000   // Then to work back up correcting nsw flags.
1001
1002   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1003   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1004   Value *Op = Val;
1005
1006   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1007   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1008   // 0'th operand of Val.
1009   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1010
1011   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
1012   // levels that doesn't overflow.
1013   bool RequireNoSignedWrap = false;
1014
1015   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
1016   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1017
1018   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1019
1020     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1021       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1022       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1023       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1024       if (!Remainder.isMinValue())
1025         // Not divisible by Scale.
1026         return nullptr;
1027       // Replace with the quotient in the parent.
1028       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1029       NoSignedWrap = true;
1030       break;
1031     }
1032
1033     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1034
1035       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1036         // Multiplication.
1037         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1038         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1039           return nullptr;
1040
1041         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1042         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1043         // multiplication by something else.
1044         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1045         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1046
1047         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1048           // Multiplication by a constant.
1049           if (CI->getValue() == Scale) {
1050             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1051             // by its left-hand side in the parent.
1052             Op = LHS;
1053             break;
1054           }
1055
1056           // Otherwise drill down into the constant.
1057           if (!Op->hasOneUse())
1058             return nullptr;
1059
1060           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1061           continue;
1062         }
1063
1064         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1065         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1066         if (!Op->hasOneUse())
1067           return nullptr;
1068
1069         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1070         continue;
1071       }
1072
1073       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1074           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1075         // Multiplication by a power of 2.
1076         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1077         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1078           return nullptr;
1079
1080         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1081         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1082           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1083         // Op = LHS << Amt.
1084
1085         if (Amt == logScale) {
1086           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1087           // by its left-hand side in the parent.
1088           Op = LHS;
1089           break;
1090         }
1091         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1092           return nullptr;
1093
1094         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1095         // by the scale in the parent.
1096         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1097         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1098         break;
1099       }
1100     }
1101
1102     if (!Op->hasOneUse())
1103       return nullptr;
1104
1105     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1106       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1107         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1108         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1109         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1110         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1111         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1112         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1113         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1114         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1115         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1116           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1117           return nullptr;
1118         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1119         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1120         RequireNoSignedWrap = true;
1121
1122         // Drill down through the cast.
1123         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1124         Scale = SmallScale;
1125         continue;
1126       }
1127
1128       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1129         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1130         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1131         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1132         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1133         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1134         // from this point up in the expression (see later).
1135         if (RequireNoSignedWrap)
1136           return nullptr;
1137
1138         // Drill down through the cast.
1139         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1140         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1141         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1142         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1143           logScale = -1;
1144         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1145         continue;
1146       }
1147     }
1148
1149     // Unsupported expression, bail out.
1150     return nullptr;
1151   }
1152
1153   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1154   if (match(Op, m_Zero())) {
1155     NoSignedWrap = true;
1156     return Op;
1157   }
1158
1159   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1160   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1161   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1162   // not to overflow.
1163
1164   if (!Parent.first)
1165     // The expression only had one term.
1166     return Op;
1167
1168   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1169   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1170   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1171          "Descaling was a no-op?");
1172   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1173   Worklist.Add(Parent.first);
1174
1175   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1176   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1177   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1178   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1179   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1180   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1181   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1182   do {
1183     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1184       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1185       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1186       // from this point on up.
1187       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1188       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1189       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1190         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1191         Worklist.Add(Ancestor);
1192       }
1193     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1194       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1195       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1196       // the absolute values of the truncations.
1197       NoSignedWrap = false;
1198     }
1199     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1200            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1201
1202     if (Ancestor == Val)
1203       // Got to the top, all done!
1204       return Val;
1205
1206     // Move up one level in the expression.
1207     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1208     Ancestor = Ancestor->user_back();
1209   } while (1);
1210 }
1211
1212 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1213 /// specified one but with other operands.
1214 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1215                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1216   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1217   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1218     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1219       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1220       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1221     }
1222     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1223       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1224   }
1225   return BORes;
1226 }
1227
1228 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1229 /// \param Inst Binary operator to transform.
1230 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1231 ///         null pointer if no transformation was made.
1232 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1233   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1234
1235   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1236   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1237   // See PR20059.
1238   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1239
1240   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1241   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1242   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1243   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1244
1245   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1246   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1247   // shuffle after binary operation:
1248   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1249   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1250     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1251     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1252     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1253         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1254         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1255         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1256       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1257           RShuf->getOperand(0), Builder);
1258       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1259           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1260       return Res;
1261     }
1262   }
1263
1264   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1265   // try moving the shuffle after the binary operation.
1266   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1267   Constant *C1 = nullptr;
1268   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1269   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1270   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1271   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1272   if (Shuffle && C1 &&
1273       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1274       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1275       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1276     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1277     // Find constant C2 that has property:
1278     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1279     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1280     // reorder is not possible.
1281     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1282                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1283     bool MayChange = true;
1284     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1285       if (ShMask[I] >= 0) {
1286         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1287         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1288           MayChange = false;
1289           break;
1290         }
1291         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1292       }
1293     }
1294     if (MayChange) {
1295       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1296       Value *NewLHS, *NewRHS;
1297       if (isa<Constant>(LHS)) {
1298         NewLHS = C2;
1299         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1300       } else {
1301         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1302         NewRHS = C2;
1303       }
1304       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1305       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1306           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1307       return Res;
1308     }
1309   }
1310
1311   return nullptr;
1312 }
1313
1314 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1315   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1316
1317   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL))
1318     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1319
1320   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1321
1322   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1323   // by multiples of a zero size type with zero.
1324   if (DL) {
1325     bool MadeChange = false;
1326     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1327
1328     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1329     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1330          I != E; ++I, ++GTI) {
1331       // Skip indices into struct types.
1332       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1333       if (!SeqTy) continue;
1334
1335       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1336       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1337       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1338           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1339         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1340           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1341           MadeChange = true;
1342         }
1343
1344       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1345       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1346         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1347         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1348         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1349         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1350         MadeChange = true;
1351       }
1352     }
1353     if (MadeChange) return &GEP;
1354   }
1355
1356   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1357   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1358     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1359     if (!Op1)
1360       return nullptr;
1361
1362     signed DI = -1;
1363
1364     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1365       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1366       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1367         return nullptr;
1368
1369       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1370       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1371
1372       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1373         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1374           return nullptr;
1375
1376         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1377           if (DI == -1) {
1378             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1379             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1380             // variable.
1381
1382             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1383             // static for struct slots
1384             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1385               return nullptr;
1386
1387             DI = J;
1388           } else {
1389             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1390             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1391             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1392             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1393             // directly supports and would need to be broken into several
1394             // simpler instructions anyway.
1395             return nullptr;
1396           }
1397         }
1398
1399         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1400         if (J > 0) {
1401           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1402             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1403           } else {
1404             CurTy = nullptr;
1405           }
1406         }
1407       }
1408     }
1409
1410     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1411
1412     if (DI == -1) {
1413       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1414       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1415       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1416                                             NewGEP);
1417     } else {
1418       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1419       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1420       // set that index.
1421       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1422       Builder->SetInsertPoint(PN);
1423       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1424                                           PN->getNumOperands());
1425       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1426
1427       for (auto &I : PN->operands())
1428         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1429                            PN->getIncomingBlock(I));
1430
1431       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1432       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1433                                             NewGEP);
1434       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1435     }
1436
1437     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1438     PtrOp = NewGEP;
1439   }
1440
1441   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1442   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1443   // getelementptr instructions into a single instruction.
1444   //
1445   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1446     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1447       return nullptr;
1448
1449     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1450     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1451     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1452     if (GEPOperator *SrcGEP =
1453           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1454       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1455         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1456
1457     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1458
1459     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1460     bool EndsWithSequential = false;
1461     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1462          I != E; ++I)
1463       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1464
1465     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1466     if (EndsWithSequential) {
1467       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1468       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1469       //
1470       Value *Sum;
1471       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1472       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1473       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1474         Sum = GO1;
1475       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1476         Sum = SO1;
1477       } else {
1478         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1479         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1480         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1481         // normalized.
1482         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1483           return nullptr;
1484         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1485       }
1486
1487       // Update the GEP in place if possible.
1488       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1489         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1490         GEP.setOperand(1, Sum);
1491         return &GEP;
1492       }
1493       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1494       Indices.push_back(Sum);
1495       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1496     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1497                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1498                Src->getNumOperands() != 1) {
1499       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1500       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1501       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1502     }
1503
1504     if (!Indices.empty())
1505       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1506         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1507                                           GEP.getName()) :
1508         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1509   }
1510
1511   // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y)) to (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y))
1512   // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1513   // pointer arithmetic.
1514   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1 &&
1515       match(GEP.getOperand(1), m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1516     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1517     if (GEP.getType() == Builder->getInt8PtrTy(AS) &&
1518         GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1519         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1520       Operator *Index = cast<Operator>(GEP.getOperand(1));
1521       Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1522       Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1523       return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1524     }
1525   }
1526
1527   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1528   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1529   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1530
1531   // We do not handle pointer-vector geps here.
1532   if (!StrippedPtrTy)
1533     return nullptr;
1534
1535   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1536     bool HasZeroPointerIndex = false;
1537     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1538       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1539
1540     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1541     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1542     //
1543     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1544     //           into     : GEP i8* X, ...
1545     //
1546     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1547     if (HasZeroPointerIndex) {
1548       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1549       if (ArrayType *CATy =
1550           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1551         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1552         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1553           // -> GEP i8* X, ...
1554           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1555           GetElementPtrInst *Res =
1556             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1557           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1558           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1559             return Res;
1560           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1561           // e.g.,
1562           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1563           // ->
1564           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1565           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1566           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1567         }
1568
1569         if (ArrayType *XATy =
1570               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1571           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1572           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1573             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1574             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1575             // to an array of the same type as the destination pointer
1576             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1577             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1578             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1579               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1580               return &GEP;
1581             }
1582             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1583             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1584             // an addrspacecast.
1585             // e.g.,
1586             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1587             //   i32 0, ...
1588             // ->
1589             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1590             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1591             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1592             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1593               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1594               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1595             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1596           }
1597         }
1598       }
1599     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1600       // Transform things like:
1601       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1602       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1603       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1604       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1605       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1606           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1607           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1608         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1609         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1610         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1611           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1612           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1613
1614         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1615         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1616                                                              GEP.getType());
1617       }
1618
1619       // Transform things like:
1620       // %V = mul i64 %N, 4
1621       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1622       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1623       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1624         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1625         // factor.
1626         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1627         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1628         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1629           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1630           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1631           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1632
1633           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1634           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1635           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1636                  "Index not cast to pointer width?");
1637
1638           bool NSW;
1639           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1640             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1641             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1642             // GEP may not be "inbounds".
1643             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1644               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1645               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1646
1647             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1648             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1649                                                                  GEP.getType());
1650           }
1651         }
1652       }
1653
1654       // Similarly, transform things like:
1655       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1656       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1657       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1658       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1659           SrcElTy->isArrayTy()) {
1660         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1661         // index by a scale factor.
1662         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1663         uint64_t ArrayEltSize
1664           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1665         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1666           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1667           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1668           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1669
1670           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1671           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1672           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1673                  "Index not cast to pointer width?");
1674
1675           bool NSW;
1676           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1677             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1678             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1679             // GEP may not be "inbounds".
1680             Value *Off[2] = {
1681               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1682               NewIdx
1683             };
1684
1685             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1686               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1687               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1688             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1689             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1690                                                                  GEP.getType());
1691           }
1692         }
1693       }
1694     }
1695   }
1696
1697   if (!DL)
1698     return nullptr;
1699
1700   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1701   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1702   // through the addrspacecast.
1703   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1704     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1705     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1706     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1707     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1708     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1709       PtrOp = BC;
1710   }
1711
1712   /// See if we can simplify:
1713   ///   X = bitcast A* to B*
1714   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1715   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1716   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1717   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1718     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1719     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1720     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1721     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1722     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1723         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1724
1725       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1726       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1727       if (!Offset) {
1728         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1729         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1730         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1731           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1732           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1733             if (I != BCI) {
1734               I->takeName(BCI);
1735               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1736               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1737             }
1738             return &GEP;
1739           }
1740         }
1741
1742         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1743           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1744         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1745       }
1746
1747       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1748       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1749       // GEP.
1750       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1751       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1752         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1753           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1754           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1755
1756         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1757           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1758         NGEP->takeName(&GEP);
1759
1760         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1761           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1762         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1763       }
1764     }
1765   }
1766
1767   return nullptr;
1768 }
1769
1770 static bool
1771 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1772                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1773   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1774   Worklist.push_back(AI);
1775
1776   do {
1777     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1778     for (User *U : PI->users()) {
1779       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1780       switch (I->getOpcode()) {
1781       default:
1782         // Give up the moment we see something we can't handle.
1783         return false;
1784
1785       case Instruction::BitCast:
1786       case Instruction::GetElementPtr:
1787         Users.push_back(I);
1788         Worklist.push_back(I);
1789         continue;
1790
1791       case Instruction::ICmp: {
1792         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1793         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1794         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1795           return false;
1796         Users.push_back(I);
1797         continue;
1798       }
1799
1800       case Instruction::Call:
1801         // Ignore no-op and store intrinsics.
1802         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1803           switch (II->getIntrinsicID()) {
1804           default:
1805             return false;
1806
1807           case Intrinsic::memmove:
1808           case Intrinsic::memcpy:
1809           case Intrinsic::memset: {
1810             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1811             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1812               return false;
1813           }
1814           // fall through
1815           case Intrinsic::dbg_declare:
1816           case Intrinsic::dbg_value:
1817           case Intrinsic::invariant_start:
1818           case Intrinsic::invariant_end:
1819           case Intrinsic::lifetime_start:
1820           case Intrinsic::lifetime_end:
1821           case Intrinsic::objectsize:
1822             Users.push_back(I);
1823             continue;
1824           }
1825         }
1826
1827         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1828           Users.push_back(I);
1829           continue;
1830         }
1831         return false;
1832
1833       case Instruction::Store: {
1834         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1835         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1836           return false;
1837         Users.push_back(I);
1838         continue;
1839       }
1840       }
1841       llvm_unreachable("missing a return?");
1842     }
1843   } while (!Worklist.empty());
1844   return true;
1845 }
1846
1847 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1848   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1849   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1850   // true or false as appropriate.
1851   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1852   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1853     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1854       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1855       if (!I) continue;
1856
1857       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1858         ReplaceInstUsesWith(*C,
1859                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1860                                              C->isFalseWhenEqual()));
1861       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1862         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1863       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1864         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1865           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1866           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1867           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1868         }
1869       }
1870       EraseInstFromFunction(*I);
1871     }
1872
1873     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1874       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1875       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1876       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1877       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1878                          None, "", II->getParent());
1879     }
1880     return EraseInstFromFunction(MI);
1881   }
1882   return nullptr;
1883 }
1884
1885 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1886 ///
1887 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1888 /// against NULL (property 0).
1889 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1890 ///
1891 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1892 /// will be removed, i.e.:
1893 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1894 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1895 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1896 ///
1897 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1898 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1899 /// profitable (e.g., for code size).
1900 static Instruction *
1901 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1902   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1903   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1904   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1905
1906   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1907   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1908   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1909   //        not be profitable even for code size.
1910   if (!PredBB)
1911     return nullptr;
1912
1913   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1914   //                         free and an unconditional branch?
1915   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1916   //        predecessor block
1917   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1918     return nullptr;
1919   BasicBlock *SuccBB;
1920   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1921     return nullptr;
1922
1923   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1924   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1925   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1926   ICmpInst::Predicate Pred;
1927   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1928     return nullptr;
1929   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1930     return nullptr;
1931
1932   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1933   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1934     return nullptr;
1935   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1936          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1937
1938   FI.moveBefore(TI);
1939   return &FI;
1940 }
1941
1942
1943 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1944   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1945
1946   // free undef -> unreachable.
1947   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1948     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1949     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1950                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1951     return EraseInstFromFunction(FI);
1952   }
1953
1954   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1955   // when lots of inlining happens.
1956   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1957     return EraseInstFromFunction(FI);
1958
1959   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1960   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1961   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1962   // if (foo) free(foo);
1963   // into
1964   // free(foo);
1965   if (MinimizeSize)
1966     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1967       return I;
1968
1969   return nullptr;
1970 }
1971
1972
1973
1974 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1975   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1976   Value *X = nullptr;
1977   BasicBlock *TrueDest;
1978   BasicBlock *FalseDest;
1979   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
1980       !isa<Constant>(X)) {
1981     // Swap Destinations and condition...
1982     BI.setCondition(X);
1983     BI.swapSuccessors();
1984     return &BI;
1985   }
1986
1987   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
1988   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
1989   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
1990                              TrueDest, FalseDest)) &&
1991       BI.getCondition()->hasOneUse())
1992     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
1993         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
1994       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
1995       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
1996
1997       // Swap Destinations and condition.
1998       BI.swapSuccessors();
1999       Worklist.Add(Cond);
2000       return &BI;
2001     }
2002
2003   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2004   ICmpInst::Predicate IPred;
2005   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2006                       TrueDest, FalseDest)) &&
2007       BI.getCondition()->hasOneUse())
2008     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2009         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2010         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2011       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2012       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2013       // Swap Destinations and condition.
2014       BI.swapSuccessors();
2015       Worklist.Add(Cond);
2016       return &BI;
2017     }
2018
2019   return nullptr;
2020 }
2021
2022 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2023   Value *Cond = SI.getCondition();
2024   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2025     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2026       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2027         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2028         // Skip the first item since that's the default case.
2029         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2030              i != e; ++i) {
2031           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2032           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2033                                                       AddRHS);
2034           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2035                  "Result of expression should be constant");
2036           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2037         }
2038         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2039         Worklist.Add(I);
2040         return &SI;
2041       }
2042   }
2043   return nullptr;
2044 }
2045
2046 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2047   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2048
2049   if (!EV.hasIndices())
2050     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2051
2052   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2053     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2054       if (EV.getNumIndices() == 0)
2055         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2056       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2057       // first index
2058       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2059     }
2060     return nullptr; // Can't handle other constants
2061   }
2062
2063   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2064     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2065     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2066     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2067          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2068          exti != exte && insi != inse;
2069          ++exti, ++insi) {
2070       if (*insi != *exti)
2071         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2072         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2073         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2074         // operand of the insert. i.e., replace
2075         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2076         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2077         // with
2078         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2079         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2080                                         EV.getIndices());
2081     }
2082     if (exti == exte && insi == inse)
2083       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2084       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2085       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2086       // with "i32 42"
2087       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2088     if (exti == exte) {
2089       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2090       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2091       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2092       // with
2093       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2094       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2095       // by switching the order of the insert and extract (though the
2096       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2097       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2098                                                  EV.getIndices());
2099       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2100                                      makeArrayRef(insi, inse));
2101     }
2102     if (insi == inse)
2103       // The insert list is a prefix of the extract list
2104       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2105       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2106       // i.e., replace
2107       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2108       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2109       // with
2110       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2111       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2112                                       makeArrayRef(exti, exte));
2113   }
2114   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2115     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2116     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2117     // just get one value.
2118     if (II->hasOneUse()) {
2119       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2120       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2121       // and replace it with a traditional binary instruction.
2122       switch (II->getIntrinsicID()) {
2123       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2124       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2125         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2126           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2127           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2128           EraseInstFromFunction(*II);
2129           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2130         }
2131
2132         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2133         // we can transform this into a range comparison.
2134         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2135         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2136           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2137             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2138                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2139         break;
2140       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2141       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2142         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2143           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2144           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2145           EraseInstFromFunction(*II);
2146           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2147         }
2148         break;
2149       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2150       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2151         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2152           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2153           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2154           EraseInstFromFunction(*II);
2155           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2156         }
2157         break;
2158       default:
2159         break;
2160       }
2161     }
2162   }
2163   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2164     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2165     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2166     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2167     //        could be done regardless of having multiple uses.
2168     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2169       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2170       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2171       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2172       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2173       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2174             I != E; ++I)
2175         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2176
2177       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2178       // the extractvalue.
2179       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2180       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2181       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2182       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2183       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2184     }
2185   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2186   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2187   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2188   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2189   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2190   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2191   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2192   // aren't handled yet.
2193   return nullptr;
2194 }
2195
2196 enum Personality_Type {
2197   Unknown_Personality,
2198   GNU_Ada_Personality,
2199   GNU_CXX_Personality,
2200   GNU_ObjC_Personality
2201 };
2202
2203 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2204 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2205 /// otherwise return Unknown_Personality.
2206 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2207   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2208   if (!F)
2209     return Unknown_Personality;
2210   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2211     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2212     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2213     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2214     .Default(Unknown_Personality);
2215 }
2216
2217 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2218 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2219   switch (Personality) {
2220   case Unknown_Personality:
2221     return false;
2222   case GNU_Ada_Personality:
2223     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2224     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2225     return false;
2226   case GNU_CXX_Personality:
2227   case GNU_ObjC_Personality:
2228     return TypeInfo->isNullValue();
2229   }
2230   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2231 }
2232
2233 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2234   return
2235     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2236   <
2237     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2238 }
2239
2240 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2241   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2242   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2243   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2244   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2245
2246   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2247   // (these are often created by inlining).
2248   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2249   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2250   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2251
2252   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2253   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2254     bool isLastClause = i + 1 == e;
2255     if (LI.isCatch(i)) {
2256       // A catch clause.
2257       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2258       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2259
2260       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2261       // copy of it.
2262       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2263         // This catch clause was not already seen.
2264         NewClauses.push_back(CatchClause);
2265       } else {
2266         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2267         MakeNewInstruction = true;
2268       }
2269
2270       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2271       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2272       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2273         if (!isLastClause)
2274           MakeNewInstruction = true;
2275         CleanupFlag = false;
2276         break;
2277       }
2278     } else {
2279       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2280       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2281       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2282       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2283       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2284       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2285       // class derived from it).
2286       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2287       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2288       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2289       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2290
2291       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2292       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2293       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2294       if (!NumTypeInfos) {
2295         NewClauses.push_back(FilterClause);
2296         if (!isLastClause)
2297           MakeNewInstruction = true;
2298         CleanupFlag = false;
2299         break;
2300       }
2301
2302       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2303       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2304       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2305         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2306         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2307         Constant *TypeInfo =
2308           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2309         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2310         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2311           // Throw the filter away.
2312           MakeNewInstruction = true;
2313           continue;
2314         }
2315
2316         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2317         // discard all but the first copy if there is more than one.
2318         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2319         if (NumTypeInfos > 1)
2320           MakeNewFilter = true;
2321       } else {
2322         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2323         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2324         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2325
2326         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2327         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2328         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2329         bool SawCatchAll = false;
2330         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2331           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2332           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2333           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2334             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2335             SawCatchAll = true;
2336             break;
2337           }
2338           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2339             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2340             // is pointless.
2341             continue;
2342           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2343           // a filter, so only add it if we didn't already.
2344           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2345             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2346         }
2347         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2348         if (SawCatchAll) {
2349           // Throw the filter away.
2350           MakeNewInstruction = true;
2351           continue;
2352         }
2353
2354         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2355         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2356           MakeNewFilter = true;
2357       }
2358       if (MakeNewFilter) {
2359         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2360                                     NewFilterElts.size());
2361         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2362         MakeNewInstruction = true;
2363       }
2364
2365       NewClauses.push_back(FilterClause);
2366
2367       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2368       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2369       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2370       // already handled above.
2371       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2372         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2373         CleanupFlag = false;
2374         break;
2375       }
2376     }
2377   }
2378
2379   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2380   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2381   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2382   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2383   // filter optimizations below.
2384   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2385     unsigned j;
2386     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2387     for (j = i; j != e; ++j)
2388       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2389         break;
2390
2391     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2392     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2393     // new landingpad instruction if it does.
2394     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2395       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2396         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2397         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2398         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2399                          shorter_filter);
2400         MakeNewInstruction = true;
2401         break;
2402       }
2403
2404     // Look for the next batch of filters.
2405     i = j + 1;
2406   }
2407
2408   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2409   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2410   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2411   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2412   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2413   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2414   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2415   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2416   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2417   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2418   // specifications.
2419   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2420     // Examine each filter in turn.
2421     Value *Filter = NewClauses[i];
2422     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2423     if (!FTy)
2424       // Not a filter - skip it.
2425       continue;
2426     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2427     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2428     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2429     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2430       Value *LFilter = NewClauses[j];
2431       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2432       if (!LTy)
2433         // Not a filter - skip it.
2434         continue;
2435       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2436       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2437       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2438       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2439       if (!FElts) {
2440         // Discard LFilter.
2441         NewClauses.erase(J);
2442         MakeNewInstruction = true;
2443         // Move on to the next filter.
2444         continue;
2445       }
2446       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2447       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2448       if (FElts > LElts)
2449         // Move on to the next filter.
2450         continue;
2451       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2452       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2453         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2454         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2455         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2456           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2457           // Discard LFilter.
2458           NewClauses.erase(J);
2459           MakeNewInstruction = true;
2460         }
2461         // Move on to the next filter.
2462         continue;
2463       }
2464       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2465       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2466         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2467         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2468         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2469         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2470           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2471             // LFilter contains a zero - discard it.
2472             NewClauses.erase(J);
2473             MakeNewInstruction = true;
2474             break;
2475           }
2476         // Move on to the next filter.
2477         continue;
2478       }
2479       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2480       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2481       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2482       // using a method that scales nicely.
2483       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2484       bool AllFound = true;
2485       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2486         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2487         AllFound = false;
2488         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2489           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2490           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2491             AllFound = true;
2492             break;
2493           }
2494         }
2495         if (!AllFound)
2496           break;
2497       }
2498       if (AllFound) {
2499         // Discard LFilter.
2500         NewClauses.erase(J);
2501         MakeNewInstruction = true;
2502       }
2503       // Move on to the next filter.
2504     }
2505   }
2506
2507   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2508   // with a new one.
2509   if (MakeNewInstruction) {
2510     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2511                                                  LI.getPersonalityFn(),
2512                                                  NewClauses.size());
2513     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2514       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2515     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2516     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2517     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2518     if (NewClauses.empty())
2519       CleanupFlag = true;
2520     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2521     return NLI;
2522   }
2523
2524   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2525   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2526   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2527     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2528     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2529     return &LI;
2530   }
2531
2532   return nullptr;
2533 }
2534
2535
2536
2537
2538 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2539 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2540 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2541 /// end of its block.
2542 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2543   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2544
2545   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2546   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2547       isa<TerminatorInst>(I))
2548     return false;
2549
2550   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2551   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2552         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2553     return false;
2554
2555   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2556   // the end of block that could change the value.
2557   if (I->mayReadFromMemory()) {
2558     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2559          Scan != E; ++Scan)
2560       if (Scan->mayWriteToMemory())
2561         return false;
2562   }
2563
2564   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2565   I->moveBefore(InsertPos);
2566   ++NumSunkInst;
2567   return true;
2568 }
2569
2570
2571 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2572 /// all reachable code to the worklist.
2573 ///
2574 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2575 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2576 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2577 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2578 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2579 ///
2580 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2581                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2582                                        InstCombiner &IC,
2583                                        const DataLayout *DL,
2584                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2585   bool MadeIRChange = false;
2586   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2587   Worklist.push_back(BB);
2588
2589   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2590   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2591
2592   do {
2593     BB = Worklist.pop_back_val();
2594
2595     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2596     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2597
2598     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2599       Instruction *Inst = BBI++;
2600
2601       // DCE instruction if trivially dead.
2602       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2603         ++NumDeadInst;
2604         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2605         Inst->eraseFromParent();
2606         continue;
2607       }
2608
2609       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2610       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2611         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2612           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2613                        << *Inst << '\n');
2614           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2615           ++NumConstProp;
2616           Inst->eraseFromParent();
2617           continue;
2618         }
2619
2620       if (DL) {
2621         // See if we can constant fold its operands.
2622         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2623              i != e; ++i) {
2624           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2625           if (CE == nullptr) continue;
2626
2627           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2628           if (!FoldRes)
2629             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2630           if (!FoldRes)
2631             FoldRes = CE;
2632
2633           if (FoldRes != CE) {
2634             *i = FoldRes;
2635             MadeIRChange = true;
2636           }
2637         }
2638       }
2639
2640       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2641     }
2642
2643     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2644     // constant, only visit the reachable successor.
2645     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2646     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2647       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2648         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2649         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2650         Worklist.push_back(ReachableBB);
2651         continue;
2652       }
2653     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2654       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2655         // See if this is an explicit destination.
2656         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2657              i != e; ++i)
2658           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2659             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2660             Worklist.push_back(ReachableBB);
2661             continue;
2662           }
2663
2664         // Otherwise it is the default destination.
2665         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2666         continue;
2667       }
2668     }
2669
2670     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2671       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2672   } while (!Worklist.empty());
2673
2674   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2675   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2676   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2677   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2678   // some N^2 behavior in pathological cases.
2679   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2680                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2681
2682   return MadeIRChange;
2683 }
2684
2685 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2686   MadeIRChange = false;
2687
2688   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2689                << F.getName() << "\n");
2690
2691   {
2692     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2693     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2694     // track of which blocks we visit.
2695     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2696     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2697                                                TLI);
2698
2699     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2700     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2701     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2702     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2703       if (Visited.count(BB)) continue;
2704
2705       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2706       // having to update as many def-use and use-def chains.
2707       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2708       while (EndInst != BB->begin()) {
2709         // Delete the next to last instruction.
2710         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2711         Instruction *Inst = --I;
2712         if (!Inst->use_empty())
2713           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2714         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2715           EndInst = Inst;
2716           continue;
2717         }
2718         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2719           ++NumDeadInst;
2720           MadeIRChange = true;
2721         }
2722         Inst->eraseFromParent();
2723       }
2724     }
2725   }
2726
2727   while (!Worklist.isEmpty()) {
2728     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2729     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2730
2731     // Check to see if we can DCE the instruction.
2732     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2733       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2734       EraseInstFromFunction(*I);
2735       ++NumDeadInst;
2736       MadeIRChange = true;
2737       continue;
2738     }
2739
2740     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2741     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2742       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2743         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2744
2745         // Add operands to the worklist.
2746         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2747         ++NumConstProp;
2748         EraseInstFromFunction(*I);
2749         MadeIRChange = true;
2750         continue;
2751       }
2752
2753     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2754     if (I->hasOneUse()) {
2755       BasicBlock *BB = I->getParent();
2756       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2757       BasicBlock *UserParent;
2758
2759       // Get the block the use occurs in.
2760       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2761         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2762       else
2763         UserParent = UserInst->getParent();
2764
2765       if (UserParent != BB) {
2766         bool UserIsSuccessor = false;
2767         // See if the user is one of our successors.
2768         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2769           if (*SI == UserParent) {
2770             UserIsSuccessor = true;
2771             break;
2772           }
2773
2774         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2775         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2776         // otherwise), we can keep going.
2777         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2778           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2779           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2780             MadeIRChange = true;
2781             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2782             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2783             // worklist
2784             for (Use &U : I->operands())
2785               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2786                 Worklist.Add(OpI);
2787           }
2788         }
2789       }
2790     }
2791
2792     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2793     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2794     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2795
2796 #ifndef NDEBUG
2797     std::string OrigI;
2798 #endif
2799     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2800     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2801
2802     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2803       ++NumCombined;
2804       // Should we replace the old instruction with a new one?
2805       if (Result != I) {
2806         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2807                      << "    New = " << *Result << '\n');
2808
2809         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2810           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2811         // Everything uses the new instruction now.
2812         I->replaceAllUsesWith(Result);
2813
2814         // Move the name to the new instruction first.
2815         Result->takeName(I);
2816
2817         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2818         Worklist.Add(Result);
2819         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2820
2821         // Insert the new instruction into the basic block...
2822         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2823         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2824
2825         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2826         // insertion point.
2827         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2828           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2829
2830         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2831
2832         EraseInstFromFunction(*I);
2833       } else {
2834 #ifndef NDEBUG
2835         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2836                      << "    New = " << *I << '\n');
2837 #endif
2838
2839         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2840         // if so, remove it.
2841         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2842           EraseInstFromFunction(*I);
2843         } else {
2844           Worklist.Add(I);
2845           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2846         }
2847       }
2848       MadeIRChange = true;
2849     }
2850   }
2851
2852   Worklist.Zap();
2853   return MadeIRChange;
2854 }
2855
2856 namespace {
2857 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2858   InstCombiner *IC;
2859 public:
2860   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2861                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2862                                 InstCombiner *IC)
2863     : LibCallSimplifier(DL, TLI, UnsafeFPShrink) {
2864     this->IC = IC;
2865   }
2866
2867   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2868   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2869   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2870     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2871   }
2872 };
2873 }
2874
2875 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2876   if (skipOptnoneFunction(F))
2877     return false;
2878
2879   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2880   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2881   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2882   // Minimizing size?
2883   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2884                                                 Attribute::MinSize);
2885
2886   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2887   /// instructions into the worklist when they are created.
2888   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2889     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2890                InstCombineIRInserter(Worklist));
2891   Builder = &TheBuilder;
2892
2893   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2894   Simplifier = &TheSimplifier;
2895
2896   bool EverMadeChange = false;
2897
2898   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2899   // by instcombiner.
2900   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2901
2902   // Iterate while there is work to do.
2903   unsigned Iteration = 0;
2904   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2905     EverMadeChange = true;
2906
2907   Builder = nullptr;
2908   return EverMadeChange;
2909 }
2910
2911 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2912   return new InstCombiner();
2913 }