lib/Transforms/InstCombine/InstructionCombining.cpp

   1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
  11 // instructions.  This pass does not modify the CFG.  This pass is where
  12 // algebraic simplification happens.
  13 //
  14 // This pass combines things like:
  15 //    %Y = add i32 %X, 1
  16 //    %Z = add i32 %Y, 1
  17 // into:
  18 //    %Z = add i32 %X, 2
  19 //
  20 // This is a simple worklist driven algorithm.
  21 //
  22 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
  23 // the program:
  24 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
  25 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
  26 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
  27 //    3. Compare instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
  28 //    4. All cmp instructions on boolean values are replaced with logical ops
  29 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
  30 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
  31 //       shifts.
  32 //   ... etc.
  33 //
  34 //===----------------------------------------------------------------------===//
  35
  36 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
  37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  38 #include "InstCombine.h"
  39 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  41 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  42 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  45 #include "llvm/Support/CFG.h"
  46 #include "llvm/Support/Debug.h"
  47 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  48 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
  49 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  51 #include "llvm-c/Initialization.h"
  52 #include <algorithm>
  53 #include <climits>
  54 using namespace llvm;
  55 using namespace llvm::PatternMatch;
  56
  57 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
  58 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
  59 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
  60 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
  61
  62 // Initialization Routines
  63 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
  64   initializeInstCombinerPass(Registry);
  65 }
  66
  67 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
  68   initializeInstCombine(*unwrap(R));
  69 }
  70
  71 char InstCombiner::ID = 0;
  72 INITIALIZE_PASS(InstCombiner, "instcombine",
  73                 "Combine redundant instructions", false, false)
  74
  75 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  76   AU.addPreservedID(LCSSAID);
  77   AU.setPreservesCFG();
  78 }
  79
  80
  81 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
  82 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
  83 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
  84 bool InstCombiner::ShouldChangeType(const Type *From, const Type *To) const {
  85   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
  86
  87   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
  88   if (!TD) return false;
  89
  90   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
  91   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
  92   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
  93   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
  94
  95   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
  96   // type, don't do the transformation.
  97   if (FromLegal && !ToLegal)
  98     return false;
  99
 100   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
 101   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
 102   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
 103     return false;
 104
 105   return true;
 106 }
 107
 108
 109 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
 110 /// operators which are associative or commutative:
 111 //
 112 //  Commutative operators:
 113 //
 114 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
 115 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
 116 //     binary operators.
 117 //
 118 //  Associative operators:
 119 //
 120 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
 121 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
 122 //
 123 //  Associative and commutative operators:
 124 //
 125 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
 126 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
 127 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
 128 //     if C1 and C2 are constants.
 129 //
 130 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
 131   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
 132   bool Changed = false;
 133
 134   do {
 135     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
 136     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
 137     // binary operators.
 138     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
 139         getComplexity(I.getOperand(1)))
 140       Changed = !I.swapOperands();
 141
 142     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
 143     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
 144
 145     if (I.isAssociative()) {
 146       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
 147       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
 148         Value *A = Op0->getOperand(0);
 149         Value *B = Op0->getOperand(1);
 150         Value *C = I.getOperand(1);
 151
 152         // Does "B op C" simplify?
 153         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, TD)) {
 154           // It simplifies to V.  Form "A op V".
 155           I.setOperand(0, A);
 156           I.setOperand(1, V);
 157           Changed = true;
 158           continue;
 159         }
 160       }
 161
 162       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
 163       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
 164         Value *A = I.getOperand(0);
 165         Value *B = Op1->getOperand(0);
 166         Value *C = Op1->getOperand(1);
 167
 168         // Does "A op B" simplify?
 169         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, TD)) {
 170           // It simplifies to V.  Form "V op C".
 171           I.setOperand(0, V);
 172           I.setOperand(1, C);
 173           Changed = true;
 174           continue;
 175         }
 176       }
 177     }
 178
 179     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
 180       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
 181       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
 182         Value *A = Op0->getOperand(0);
 183         Value *B = Op0->getOperand(1);
 184         Value *C = I.getOperand(1);
 185
 186         // Does "C op A" simplify?
 187         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
 188           // It simplifies to V.  Form "V op B".
 189           I.setOperand(0, V);
 190           I.setOperand(1, B);
 191           Changed = true;
 192           continue;
 193         }
 194       }
 195
 196       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
 197       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
 198         Value *A = I.getOperand(0);
 199         Value *B = Op1->getOperand(0);
 200         Value *C = Op1->getOperand(1);
 201
 202         // Does "C op A" simplify?
 203         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, TD)) {
 204           // It simplifies to V.  Form "B op V".
 205           I.setOperand(0, B);
 206           I.setOperand(1, V);
 207           Changed = true;
 208           continue;
 209         }
 210       }
 211
 212       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
 213       // if C1 and C2 are constants.
 214       if (Op0 && Op1 &&
 215           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
 216           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
 217           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
 218           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
 219         Value *A = Op0->getOperand(0);
 220         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
 221         Value *B = Op1->getOperand(0);
 222         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
 223
 224         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
 225         Instruction *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B, Op1->getName(),
 226                                                   &I);
 227         Worklist.Add(New);
 228         I.setOperand(0, New);
 229         I.setOperand(1, Folded);
 230         Changed = true;
 231         continue;
 232       }
 233     }
 234
 235     // No further simplifications.
 236     return Changed;
 237   } while (1);
 238 }
 239
 240 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
 241 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
 242 //
 243 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
 244   if (BinaryOperator::isNeg(V))
 245     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
 246
 247   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
 248   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
 249     return ConstantExpr::getNeg(C);
 250
 251   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
 252     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
 253       return ConstantExpr::getNeg(C);
 254
 255   return 0;
 256 }
 257
 258 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
 259 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
 260 // form).
 261 //
 262 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
 263   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
 264     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
 265
 266   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
 267   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
 268     return ConstantExpr::getFNeg(C);
 269
 270   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
 271     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
 272       return ConstantExpr::getFNeg(C);
 273
 274   return 0;
 275 }
 276
 277 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
 278                                              InstCombiner *IC) {
 279   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I))
 280     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
 281
 282   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
 283   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
 284   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
 285
 286   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
 287     if (ConstIsRHS)
 288       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
 289     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
 290   }
 291
 292   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
 293   if (!ConstIsRHS)
 294     std::swap(Op0, Op1);
 295
 296   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
 297     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
 298                                     SO->getName()+".op");
 299   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
 300     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
 301                                    SO->getName()+".cmp");
 302   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
 303     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
 304                                    SO->getName()+".cmp");
 305   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
 306 }
 307
 308 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
 309 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
 310 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
 311 // not have a second operand.
 312 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
 313   // Don't modify shared select instructions
 314   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
 315   Value *TV = SI->getOperand(1);
 316   Value *FV = SI->getOperand(2);
 317
 318   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
 319     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
 320     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
 321
 322     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
 323     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
 324
 325     return SelectInst::Create(SI->getCondition(), SelectTrueVal,
 326                               SelectFalseVal);
 327   }
 328   return 0;
 329 }
 330
 331
 332 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
 333 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
 334 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
 335 ///
 336 /// If AllowAggressive is true, FoldOpIntoPhi will allow certain transforms
 337 /// that would normally be unprofitable because they strongly encourage jump
 338 /// threading.
 339 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I,
 340                                          bool AllowAggressive) {
 341   AllowAggressive = false;
 342   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
 343   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
 344   if (NumPHIValues == 0 ||
 345       // We normally only transform phis with a single use, unless we're trying
 346       // hard to make jump threading happen.
 347       (!PN->hasOneUse() && !AllowAggressive))
 348     return 0;
 349
 350
 351   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
 352   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
 353   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
 354   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
 355   // their computation can be expensive without a cost model.
 356   BasicBlock *NonConstBB = 0;
 357   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i)
 358     if (!isa<Constant>(PN->getIncomingValue(i)) ||
 359         isa<ConstantExpr>(PN->getIncomingValue(i))) {
 360       if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
 361       if (isa<PHINode>(PN->getIncomingValue(i))) return 0;  // Itself a phi.
 362       NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
 363
 364       // If the incoming non-constant value is in I's block, we have an infinite
 365       // loop.
 366       if (NonConstBB == I.getParent())
 367         return 0;
 368     }
 369
 370   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
 371   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
 372   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
 373   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
 374   if (NonConstBB != 0 && !AllowAggressive) {
 375     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
 376     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
 377   }
 378
 379   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
 380   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), "");
 381   NewPN->reserveOperandSpace(PN->getNumOperands()/2);
 382   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
 383   NewPN->takeName(PN);
 384
 385   // Next, add all of the operands to the PHI.
 386   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
 387     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
 388     // not the true/false values.
 389     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
 390     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
 391     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
 392     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
 393       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
 394       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
 395       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
 396       Value *InV = 0;
 397       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
 398         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
 399       } else {
 400         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
 401         InV = SelectInst::Create(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
 402                                  FalseVInPred,
 403                                  "phitmp", NonConstBB->getTerminator());
 404         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
 405       }
 406       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
 407     }
 408   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
 409     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
 410     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
 411       Value *InV = 0;
 412       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
 413         if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
 414           InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
 415         else
 416           InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
 417       } else {
 418         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
 419         if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
 420           InV = BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(),
 421                                        PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
 422                                        NonConstBB->getTerminator());
 423         else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
 424           InV = CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
 425                                 CI->getPredicate(),
 426                                 PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
 427                                 NonConstBB->getTerminator());
 428         else
 429           llvm_unreachable("Unknown binop!");
 430
 431         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
 432       }
 433       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
 434     }
 435   } else {
 436     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
 437     const Type *RetTy = CI->getType();
 438     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
 439       Value *InV;
 440       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
 441         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
 442       } else {
 443         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
 444         InV = CastInst::Create(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i),
 445                                I.getType(), "phitmp",
 446                                NonConstBB->getTerminator());
 447         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
 448       }
 449       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
 450     }
 451   }
 452   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
 453 }
 454
 455 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
 456 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
 457 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
 458 /// resultant element type, otherwise return null.
 459 const Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(const Type *Ty, int64_t Offset,
 460                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
 461   if (!TD) return 0;
 462   if (!Ty->isSized()) return 0;
 463
 464   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
 465   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
 466   // is something like [0 x {int, int}]
 467   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
 468   int64_t FirstIdx = 0;
 469   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
 470     FirstIdx = Offset/TySize;
 471     Offset -= FirstIdx*TySize;
 472
 473     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
 474     if (Offset < 0) {
 475       --FirstIdx;
 476       Offset += TySize;
 477       assert(Offset >= 0);
 478     }
 479     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
 480   }
 481
 482   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
 483
 484   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
 485   while (Offset) {
 486     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
 487     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
 488       return 0;
 489
 490     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
 491       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
 492       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
 493              "Offset must stay within the indexed type");
 494
 495       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
 496       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
 497                                             Elt));
 498
 499       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
 500       Ty = STy->getElementType(Elt);
 501     } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
 502       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
 503       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
 504       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
 505       Offset %= EltSize;
 506       Ty = AT->getElementType();
 507     } else {
 508       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
 509       return 0;
 510     }
 511   }
 512
 513   return Ty;
 514 }
 515
 516
 517
 518 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
 519   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
 520
 521   if (Value *V = SimplifyGEPInst(&Ops[0], Ops.size(), TD))
 522     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
 523
 524   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
 525
 526   // Eliminate unneeded casts for indices.
 527   if (TD) {
 528     bool MadeChange = false;
 529     unsigned PtrSize = TD->getPointerSizeInBits();
 530
 531     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 532     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
 533          I != E; ++I, ++GTI) {
 534       if (!isa<SequentialType>(*GTI)) continue;
 535
 536       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink it
 537       // to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.  This
 538       // explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
 539       unsigned OpBits = cast<IntegerType>((*I)->getType())->getBitWidth();
 540       if (OpBits == PtrSize)
 541         continue;
 542
 543       *I = Builder->CreateIntCast(*I, TD->getIntPtrType(GEP.getContext()),true);
 544       MadeChange = true;
 545     }
 546     if (MadeChange) return &GEP;
 547   }
 548
 549   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
 550   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
 551   // getelementptr instructions into a single instruction.
 552   //
 553   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
 554     // Note that if our source is a gep chain itself that we wait for that
 555     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
 556     // avoids us creating a TON of code in some cases.
 557     //
 558     if (GetElementPtrInst *SrcGEP =
 559           dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src->getOperand(0)))
 560       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2)
 561         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
 562
 563     SmallVector<Value*, 8> Indices;
 564
 565     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
 566     bool EndsWithSequential = false;
 567     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
 568          I != E; ++I)
 569       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
 570
 571     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
 572     if (EndsWithSequential) {
 573       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
 574       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
 575       //
 576       Value *Sum;
 577       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
 578       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
 579       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
 580         Sum = GO1;
 581       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
 582         Sum = SO1;
 583       } else {
 584         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
 585         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
 586         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
 587         // normalized.
 588         if (SO1->getType() != GO1->getType())
 589           return 0;
 590         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
 591       }
 592
 593       // Update the GEP in place if possible.
 594       if (Src->getNumOperands() == 2) {
 595         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
 596         GEP.setOperand(1, Sum);
 597         return &GEP;
 598       }
 599       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
 600       Indices.push_back(Sum);
 601       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
 602     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
 603                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
 604                Src->getNumOperands() != 1) {
 605       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
 606       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
 607       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
 608     }
 609
 610     if (!Indices.empty())
 611       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
 612         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
 613                                           Indices.end(), GEP.getName()) :
 614         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
 615                                   Indices.end(), GEP.getName());
 616   }
 617
 618   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
 619   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
 620   if (StrippedPtr != PtrOp) {
 621     const PointerType *StrippedPtrTy =cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
 622
 623     bool HasZeroPointerIndex = false;
 624     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
 625       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
 626
 627     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
 628     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
 629     //
 630     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
 631     //           into     : GEP i8* X, ...
 632     //
 633     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
 634     if (HasZeroPointerIndex) {
 635       const PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
 636       if (const ArrayType *CATy =
 637           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
 638         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
 639         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
 640           // -> GEP i8* X, ...
 641           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
 642           GetElementPtrInst *Res =
 643             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx.begin(),
 644                                       Idx.end(), GEP.getName());
 645           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
 646           return Res;
 647         }
 648
 649         if (const ArrayType *XATy =
 650               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
 651           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
 652           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
 653             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
 654             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
 655             // to an array of the same type as the destination pointer
 656             // array.  Because the array type is never stepped over (there
 657             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
 658             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
 659             return &GEP;
 660           }
 661         }
 662       }
 663     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
 664       // Transform things like:
 665       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
 666       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
 667       const Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
 668       const Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
 669       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
 670           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
 671           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
 672         Value *Idx[2];
 673         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
 674         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
 675         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
 676           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName()) :
 677           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
 678         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
 679         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
 680       }
 681
 682       // Transform things like:
 683       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
 684       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
 685       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
 686
 687       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() && ResElTy->isIntegerTy(8)) {
 688         uint64_t ArrayEltSize =
 689             TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
 690
 691         // Check to see if "tmp" is a scale by a multiple of ArrayEltSize.  We
 692         // allow either a mul, shift, or constant here.
 693         Value *NewIdx = 0;
 694         ConstantInt *Scale = 0;
 695         if (ArrayEltSize == 1) {
 696           NewIdx = GEP.getOperand(1);
 697           Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(NewIdx->getType()), 1);
 698         } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1))) {
 699           NewIdx = ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
 700           Scale = CI;
 701         } else if (Instruction *Inst =dyn_cast<Instruction>(GEP.getOperand(1))){
 702           if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl &&
 703               isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
 704             ConstantInt *ShAmt = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
 705             uint32_t ShAmtVal = ShAmt->getLimitedValue(64);
 706             Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Inst->getType()),
 707                                      1ULL << ShAmtVal);
 708             NewIdx = Inst->getOperand(0);
 709           } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Mul &&
 710                      isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
 711             Scale = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
 712             NewIdx = Inst->getOperand(0);
 713           }
 714         }
 715
 716         // If the index will be to exactly the right offset with the scale taken
 717         // out, perform the transformation. Note, we don't know whether Scale is
 718         // signed or not. We'll use unsigned version of division/modulo
 719         // operation after making sure Scale doesn't have the sign bit set.
 720         if (ArrayEltSize && Scale && Scale->getSExtValue() >= 0LL &&
 721             Scale->getZExtValue() % ArrayEltSize == 0) {
 722           Scale = ConstantInt::get(Scale->getType(),
 723                                    Scale->getZExtValue() / ArrayEltSize);
 724           if (Scale->getZExtValue() != 1) {
 725             Constant *C = ConstantExpr::getIntegerCast(Scale, NewIdx->getType(),
 726                                                        false /*ZExt*/);
 727             NewIdx = Builder->CreateMul(NewIdx, C, "idxscale");
 728           }
 729
 730           // Insert the new GEP instruction.
 731           Value *Idx[2];
 732           Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
 733           Idx[1] = NewIdx;
 734           Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
 735             Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2,GEP.getName()):
 736             Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
 737           // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
 738           return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
 739         }
 740       }
 741     }
 742   }
 743
 744   /// See if we can simplify:
 745   ///   X = bitcast A* to B*
 746   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
 747   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
 748   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
 749   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
 750     if (TD &&
 751         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices()) {
 752       // Determine how much the GEP moves the pointer.  We are guaranteed to get
 753       // a constant back from EmitGEPOffset.
 754       ConstantInt *OffsetV = cast<ConstantInt>(EmitGEPOffset(&GEP));
 755       int64_t Offset = OffsetV->getSExtValue();
 756
 757       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
 758       // with a bitcast of the real input to the dest type.
 759       if (Offset == 0) {
 760         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
 761         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
 762         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
 763             isMalloc(BCI->getOperand(0))) {
 764           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
 765           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
 766             if (I != BCI) {
 767               I->takeName(BCI);
 768               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
 769               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
 770             }
 771             return &GEP;
 772           }
 773         }
 774         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
 775       }
 776
 777       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
 778       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
 779       // GEP.
 780       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
 781       const Type *InTy =
 782         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
 783       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
 784         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
 785           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
 786                                      NewIndices.end()) :
 787           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
 788                              NewIndices.end());
 789
 790         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
 791           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
 792         NGEP->takeName(&GEP);
 793         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
 794       }
 795     }
 796   }
 797
 798   return 0;
 799 }
 800
 801
 802
 803 static bool IsOnlyNullComparedAndFreed(const Value &V) {
 804   for (Value::const_use_iterator UI = V.use_begin(), UE = V.use_end();
 805        UI != UE; ++UI) {
 806     const User *U = *UI;
 807     if (isFreeCall(U))
 808       continue;
 809     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U))
 810       if (ICI->isEquality() && isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
 811         continue;
 812     return false;
 813   }
 814   return true;
 815 }
 816
 817 Instruction *InstCombiner::visitMalloc(Instruction &MI) {
 818   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
 819   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
 820   // true or false as appropriate.
 821   if (IsOnlyNullComparedAndFreed(MI)) {
 822     for (Value::use_iterator UI = MI.use_begin(), UE = MI.use_end();
 823          UI != UE;) {
 824       // We can assume that every remaining use is a free call or an icmp eq/ne
 825       // to null, so the cast is safe.
 826       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
 827
 828       // Early increment here, as we're about to get rid of the user.
 829       ++UI;
 830
 831       if (isFreeCall(I)) {
 832         EraseInstFromFunction(*cast<CallInst>(I));
 833         continue;
 834       }
 835       // Again, the cast is safe.
 836       ICmpInst *C = cast<ICmpInst>(I);
 837       ReplaceInstUsesWith(*C, ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
 838                                                C->isFalseWhenEqual()));
 839       EraseInstFromFunction(*C);
 840     }
 841     return EraseInstFromFunction(MI);
 842   }
 843   return 0;
 844 }
 845
 846
 847
 848 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
 849   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
 850
 851   // free undef -> unreachable.
 852   if (isa<UndefValue>(Op)) {
 853     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
 854     new StoreInst(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
 855            UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())), &FI);
 856     return EraseInstFromFunction(FI);
 857   }
 858
 859   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
 860   // when lots of inlining happens.
 861   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
 862     return EraseInstFromFunction(FI);
 863
 864   return 0;
 865 }
 866
 867
 868
 869 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
 870   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
 871   Value *X = 0;
 872   BasicBlock *TrueDest;
 873   BasicBlock *FalseDest;
 874   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
 875       !isa<Constant>(X)) {
 876     // Swap Destinations and condition...
 877     BI.setCondition(X);
 878     BI.setSuccessor(0, FalseDest);
 879     BI.setSuccessor(1, TrueDest);
 880     return &BI;
 881   }
 882
 883   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
 884   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
 885   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
 886                              TrueDest, FalseDest)) &&
 887       BI.getCondition()->hasOneUse())
 888     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
 889         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
 890       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
 891       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
 892
 893       // Swap Destinations and condition.
 894       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
 895       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
 896       Worklist.Add(Cond);
 897       return &BI;
 898     }
 899
 900   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
 901   ICmpInst::Predicate IPred;
 902   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
 903                       TrueDest, FalseDest)) &&
 904       BI.getCondition()->hasOneUse())
 905     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
 906         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
 907         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
 908       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
 909       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
 910       // Swap Destinations and condition.
 911       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
 912       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
 913       Worklist.Add(Cond);
 914       return &BI;
 915     }
 916
 917   return 0;
 918 }
 919
 920 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
 921   Value *Cond = SI.getCondition();
 922   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
 923     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
 924       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
 925         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
 926         for (unsigned i = 2, e = SI.getNumOperands(); i != e; i += 2)
 927           SI.setOperand(i,
 928                    ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(SI.getOperand(i)),
 929                                                 AddRHS));
 930         SI.setOperand(0, I->getOperand(0));
 931         Worklist.Add(I);
 932         return &SI;
 933       }
 934   }
 935   return 0;
 936 }
 937
 938 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
 939   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
 940
 941   if (!EV.hasIndices())
 942     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
 943
 944   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
 945     if (isa<UndefValue>(C))
 946       return ReplaceInstUsesWith(EV, UndefValue::get(EV.getType()));
 947
 948     if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
 949       return ReplaceInstUsesWith(EV, Constant::getNullValue(EV.getType()));
 950
 951     if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C)) {
 952       // Extract the element indexed by the first index out of the constant
 953       Value *V = C->getOperand(*EV.idx_begin());
 954       if (EV.getNumIndices() > 1)
 955         // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
 956         // first index
 957         return ExtractValueInst::Create(V, EV.idx_begin() + 1, EV.idx_end());
 958       else
 959         return ReplaceInstUsesWith(EV, V);
 960     }
 961     return 0; // Can't handle other constants
 962   }
 963   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
 964     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
 965     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
 966     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
 967          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
 968          exti != exte && insi != inse;
 969          ++exti, ++insi) {
 970       if (*insi != *exti)
 971         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
 972         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
 973         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
 974         // operand of the insert. i.e., replace
 975         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
 976         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
 977         // with
 978         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
 979         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
 980                                         EV.idx_begin(), EV.idx_end());
 981     }
 982     if (exti == exte && insi == inse)
 983       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
 984       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
 985       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
 986       // with "i32 42"
 987       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
 988     if (exti == exte) {
 989       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
 990       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
 991       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
 992       // with
 993       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
 994       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
 995       // by switching the order of the insert and extract (though the
 996       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
 997       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
 998                                                  EV.idx_begin(), EV.idx_end());
 999       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
1000                                      insi, inse);
1001     }
1002     if (insi == inse)
1003       // The insert list is a prefix of the extract list
1004       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
1005       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
1006       // i.e., replace
1007       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
1008       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
1009       // with
1010       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
1011       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
1012                                       exti, exte);
1013   }
1014   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
1015     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
1016     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
1017     // just get one value.
1018     if (II->hasOneUse()) {
1019       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
1020       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
1021       // and replace it with a traditional binary instruction.
1022       switch (II->getIntrinsicID()) {
1023       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
1024       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
1025         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1026           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1027           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
1028           EraseInstFromFunction(*II);
1029           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
1030         }
1031         break;
1032       case Intrinsic::usub_with_overflow:
1033       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
1034         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1035           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1036           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
1037           EraseInstFromFunction(*II);
1038           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
1039         }
1040         break;
1041       case Intrinsic::umul_with_overflow:
1042       case Intrinsic::smul_with_overflow:
1043         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
1044           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
1045           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
1046           EraseInstFromFunction(*II);
1047           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
1048         }
1049         break;
1050       default:
1051         break;
1052       }
1053     }
1054   }
1055   // Can't simplify extracts from other values. Note that nested extracts are
1056   // already simplified implicitely by the above (extract ( extract (insert) )
1057   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
1058   // the value inserted, if appropriate).
1059   return 0;
1060 }
1061
1062
1063
1064
1065 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
1066 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
1067 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
1068 /// end of its block.
1069 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
1070   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
1071
1072   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1073   if (isa<PHINode>(I) || I->mayHaveSideEffects() || isa<TerminatorInst>(I))
1074     return false;
1075
1076   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
1077   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
1078         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
1079     return false;
1080
1081   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
1082   // the end of block that could change the value.
1083   if (I->mayReadFromMemory()) {
1084     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
1085          Scan != E; ++Scan)
1086       if (Scan->mayWriteToMemory())
1087         return false;
1088   }
1089
1090   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstNonPHI();
1091
1092   I->moveBefore(InsertPos);
1093   ++NumSunkInst;
1094   return true;
1095 }
1096
1097
1098 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
1099 /// all reachable code to the worklist.
1100 ///
1101 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
1102 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
1103 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
1104 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
1105 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
1106 ///
1107 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
1108                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
1109                                        InstCombiner &IC,
1110                                        const TargetData *TD) {
1111   bool MadeIRChange = false;
1112   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
1113   Worklist.push_back(BB);
1114
1115   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
1116   SmallPtrSet<ConstantExpr*, 64> FoldedConstants;
1117
1118   do {
1119     BB = Worklist.pop_back_val();
1120
1121     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
1122     if (!Visited.insert(BB)) continue;
1123
1124     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
1125       Instruction *Inst = BBI++;
1126
1127       // DCE instruction if trivially dead.
1128       if (isInstructionTriviallyDead(Inst)) {
1129         ++NumDeadInst;
1130         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
1131         Inst->eraseFromParent();
1132         continue;
1133       }
1134
1135       // ConstantProp instruction if trivially constant.
1136       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
1137         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
1138           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
1139                        << *Inst << '\n');
1140           Inst->replaceAllUsesWith(C);
1141           ++NumConstProp;
1142           Inst->eraseFromParent();
1143           continue;
1144         }
1145
1146       if (TD) {
1147         // See if we can constant fold its operands.
1148         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
1149              i != e; ++i) {
1150           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
1151           if (CE == 0) continue;
1152
1153           // If we already folded this constant, don't try again.
1154           if (!FoldedConstants.insert(CE))
1155             continue;
1156
1157           Constant *NewC = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
1158           if (NewC && NewC != CE) {
1159             *i = NewC;
1160             MadeIRChange = true;
1161           }
1162         }
1163       }
1164
1165       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
1166     }
1167
1168     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
1169     // constant, only visit the reachable successor.
1170     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1171     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1172       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
1173         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
1174         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
1175         Worklist.push_back(ReachableBB);
1176         continue;
1177       }
1178     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1179       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1180         // See if this is an explicit destination.
1181         for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1182           if (SI->getCaseValue(i) == Cond) {
1183             BasicBlock *ReachableBB = SI->getSuccessor(i);
1184             Worklist.push_back(ReachableBB);
1185             continue;
1186           }
1187
1188         // Otherwise it is the default destination.
1189         Worklist.push_back(SI->getSuccessor(0));
1190         continue;
1191       }
1192     }
1193
1194     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1195       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
1196   } while (!Worklist.empty());
1197
1198   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
1199   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
1200   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
1201   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
1202   // some N^2 behavior in pathological cases.
1203   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
1204                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
1205
1206   return MadeIRChange;
1207 }
1208
1209 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
1210   MadeIRChange = false;
1211
1212   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
1213         << F.getNameStr() << "\n");
1214
1215   {
1216     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
1217     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
1218     // track of which blocks we visit.
1219     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
1220     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD);
1221
1222     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
1223     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
1224     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
1225     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
1226       if (!Visited.count(BB)) {
1227         Instruction *Term = BB->getTerminator();
1228         while (Term != BB->begin()) {   // Remove instrs bottom-up
1229           BasicBlock::iterator I = Term; --I;
1230
1231           DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1232           // A debug intrinsic shouldn't force another iteration if we weren't
1233           // going to do one without it.
1234           if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1235             ++NumDeadInst;
1236             MadeIRChange = true;
1237           }
1238
1239           // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
1240           // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
1241           if (!I->getType()->isVoidTy())
1242             I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1243           I->eraseFromParent();
1244         }
1245       }
1246   }
1247
1248   while (!Worklist.isEmpty()) {
1249     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
1250     if (I == 0) continue;  // skip null values.
1251
1252     // Check to see if we can DCE the instruction.
1253     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1254       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1255       EraseInstFromFunction(*I);
1256       ++NumDeadInst;
1257       MadeIRChange = true;
1258       continue;
1259     }
1260
1261     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
1262     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
1263       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD)) {
1264         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
1265
1266         // Add operands to the worklist.
1267         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1268         ++NumConstProp;
1269         EraseInstFromFunction(*I);
1270         MadeIRChange = true;
1271         continue;
1272       }
1273
1274     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
1275     if (I->hasOneUse()) {
1276       BasicBlock *BB = I->getParent();
1277       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
1278       BasicBlock *UserParent;
1279
1280       // Get the block the use occurs in.
1281       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
1282         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
1283       else
1284         UserParent = UserInst->getParent();
1285
1286       if (UserParent != BB) {
1287         bool UserIsSuccessor = false;
1288         // See if the user is one of our successors.
1289         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
1290           if (*SI == UserParent) {
1291             UserIsSuccessor = true;
1292             break;
1293           }
1294
1295         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
1296         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
1297         // otherwise), we can keep going.
1298         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
1299           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
1300           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
1301       }
1302     }
1303
1304     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
1305     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
1306
1307 #ifndef NDEBUG
1308     std::string OrigI;
1309 #endif
1310     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
1311     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
1312
1313     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
1314       ++NumCombined;
1315       // Should we replace the old instruction with a new one?
1316       if (Result != I) {
1317         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
1318                      << "    New = " << *Result << '\n');
1319
1320         // Everything uses the new instruction now.
1321         I->replaceAllUsesWith(Result);
1322
1323         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
1324         Worklist.Add(Result);
1325         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
1326
1327         // Move the name to the new instruction first.
1328         Result->takeName(I);
1329
1330         // Insert the new instruction into the basic block...
1331         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
1332         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
1333
1334         if (!isa<PHINode>(Result))        // If combining a PHI, don't insert
1335           while (isa<PHINode>(InsertPos)) // middle of a block of PHIs.
1336             ++InsertPos;
1337
1338         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
1339
1340         EraseInstFromFunction(*I);
1341       } else {
1342 #ifndef NDEBUG
1343         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
1344                      << "    New = " << *I << '\n');
1345 #endif
1346
1347         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
1348         // if so, remove it.
1349         if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1350           EraseInstFromFunction(*I);
1351         } else {
1352           Worklist.Add(I);
1353           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
1354         }
1355       }
1356       MadeIRChange = true;
1357     }
1358   }
1359
1360   Worklist.Zap();
1361   return MadeIRChange;
1362 }
1363
1364
1365 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
1366   MustPreserveLCSSA = mustPreserveAnalysisID(LCSSAID);
1367   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1368
1369
1370   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
1371   /// instructions into the worklist when they are created.
1372   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
1373     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
1374                InstCombineIRInserter(Worklist));
1375   Builder = &TheBuilder;
1376
1377   bool EverMadeChange = false;
1378
1379   // Iterate while there is work to do.
1380   unsigned Iteration = 0;
1381   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
1382     EverMadeChange = true;
1383
1384   Builder = 0;
1385   return EverMadeChange;
1386 }
1387
1388 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
1389   return new InstCombiner();
1390 }