InstCombine: Combine gep X, (Y-X) to Y
[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   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1512     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1513     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1514         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1515       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1516       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1517       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1518
1519       uint64_t C;
1520       Value *V = nullptr;
1521       if (TyAllocSize == 1) {
1522           V = GEP.getOperand(1);
1523       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1524                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1525         if (TyAllocSize != 1ULL << C)
1526           V = nullptr;
1527       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1528                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1529         if (TyAllocSize != C)
1530           V = nullptr;
1531       }
1532
1533       if (V) {
1534         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1535         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1536         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1537         // pointer arithmetic.
1538         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1539           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1540           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1541           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1542           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1543         }
1544         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1545         // to (bitcast Y)
1546         Value *Y;
1547         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1548                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1549           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1550                                                                GEP.getType());
1551         }
1552       }
1553     }
1554   }
1555
1556   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1557   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1558   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1559
1560   // We do not handle pointer-vector geps here.
1561   if (!StrippedPtrTy)
1562     return nullptr;
1563
1564   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1565     bool HasZeroPointerIndex = false;
1566     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1567       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1568
1569     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1570     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1571     //
1572     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1573     //           into     : GEP i8* X, ...
1574     //
1575     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1576     if (HasZeroPointerIndex) {
1577       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1578       if (ArrayType *CATy =
1579           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1580         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1581         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1582           // -> GEP i8* X, ...
1583           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1584           GetElementPtrInst *Res =
1585             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1586           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1587           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1588             return Res;
1589           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1590           // e.g.,
1591           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1592           // ->
1593           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1594           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1595           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1596         }
1597
1598         if (ArrayType *XATy =
1599               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1600           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1601           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1602             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1603             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1604             // to an array of the same type as the destination pointer
1605             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1606             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1607             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1608               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1609               return &GEP;
1610             }
1611             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1612             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1613             // an addrspacecast.
1614             // e.g.,
1615             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1616             //   i32 0, ...
1617             // ->
1618             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1619             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1620             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1621             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1622               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1623               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1624             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1625           }
1626         }
1627       }
1628     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1629       // Transform things like:
1630       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1631       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1632       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1633       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1634       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1635           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1636           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1637         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1638         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1639         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1640           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1641           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1642
1643         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1644         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1645                                                              GEP.getType());
1646       }
1647
1648       // Transform things like:
1649       // %V = mul i64 %N, 4
1650       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1651       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1652       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1653         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1654         // factor.
1655         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1656         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1657         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1658           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1659           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1660           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1661
1662           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1663           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1664           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1665                  "Index not cast to pointer width?");
1666
1667           bool NSW;
1668           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1669             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1670             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1671             // GEP may not be "inbounds".
1672             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1673               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1674               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1675
1676             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1677             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1678                                                                  GEP.getType());
1679           }
1680         }
1681       }
1682
1683       // Similarly, transform things like:
1684       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1685       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1686       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1687       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1688           SrcElTy->isArrayTy()) {
1689         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1690         // index by a scale factor.
1691         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1692         uint64_t ArrayEltSize
1693           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1694         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1695           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1696           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1697           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1698
1699           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1700           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1701           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1702                  "Index not cast to pointer width?");
1703
1704           bool NSW;
1705           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1706             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1707             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1708             // GEP may not be "inbounds".
1709             Value *Off[2] = {
1710               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1711               NewIdx
1712             };
1713
1714             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1715               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1716               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1717             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1718             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1719                                                                  GEP.getType());
1720           }
1721         }
1722       }
1723     }
1724   }
1725
1726   if (!DL)
1727     return nullptr;
1728
1729   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1730   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1731   // through the addrspacecast.
1732   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1733     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1734     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1735     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1736     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1737     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1738       PtrOp = BC;
1739   }
1740
1741   /// See if we can simplify:
1742   ///   X = bitcast A* to B*
1743   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1744   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1745   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1746   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1747     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1748     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1749     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1750     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1751     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1752         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1753
1754       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1755       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1756       if (!Offset) {
1757         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1758         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1759         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1760           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1761           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1762             if (I != BCI) {
1763               I->takeName(BCI);
1764               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1765               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1766             }
1767             return &GEP;
1768           }
1769         }
1770
1771         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1772           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1773         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1774       }
1775
1776       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1777       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1778       // GEP.
1779       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1780       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1781         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1782           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1783           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1784
1785         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1786           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1787         NGEP->takeName(&GEP);
1788
1789         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1790           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1791         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1792       }
1793     }
1794   }
1795
1796   return nullptr;
1797 }
1798
1799 static bool
1800 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1801                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1802   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1803   Worklist.push_back(AI);
1804
1805   do {
1806     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1807     for (User *U : PI->users()) {
1808       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1809       switch (I->getOpcode()) {
1810       default:
1811         // Give up the moment we see something we can't handle.
1812         return false;
1813
1814       case Instruction::BitCast:
1815       case Instruction::GetElementPtr:
1816         Users.push_back(I);
1817         Worklist.push_back(I);
1818         continue;
1819
1820       case Instruction::ICmp: {
1821         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1822         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1823         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1824           return false;
1825         Users.push_back(I);
1826         continue;
1827       }
1828
1829       case Instruction::Call:
1830         // Ignore no-op and store intrinsics.
1831         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1832           switch (II->getIntrinsicID()) {
1833           default:
1834             return false;
1835
1836           case Intrinsic::memmove:
1837           case Intrinsic::memcpy:
1838           case Intrinsic::memset: {
1839             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1840             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1841               return false;
1842           }
1843           // fall through
1844           case Intrinsic::dbg_declare:
1845           case Intrinsic::dbg_value:
1846           case Intrinsic::invariant_start:
1847           case Intrinsic::invariant_end:
1848           case Intrinsic::lifetime_start:
1849           case Intrinsic::lifetime_end:
1850           case Intrinsic::objectsize:
1851             Users.push_back(I);
1852             continue;
1853           }
1854         }
1855
1856         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1857           Users.push_back(I);
1858           continue;
1859         }
1860         return false;
1861
1862       case Instruction::Store: {
1863         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1864         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1865           return false;
1866         Users.push_back(I);
1867         continue;
1868       }
1869       }
1870       llvm_unreachable("missing a return?");
1871     }
1872   } while (!Worklist.empty());
1873   return true;
1874 }
1875
1876 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1877   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1878   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1879   // true or false as appropriate.
1880   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1881   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1882     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1883       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1884       if (!I) continue;
1885
1886       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1887         ReplaceInstUsesWith(*C,
1888                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1889                                              C->isFalseWhenEqual()));
1890       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1891         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1892       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1893         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1894           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1895           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1896           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1897         }
1898       }
1899       EraseInstFromFunction(*I);
1900     }
1901
1902     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1903       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1904       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1905       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1906       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1907                          None, "", II->getParent());
1908     }
1909     return EraseInstFromFunction(MI);
1910   }
1911   return nullptr;
1912 }
1913
1914 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1915 ///
1916 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1917 /// against NULL (property 0).
1918 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1919 ///
1920 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1921 /// will be removed, i.e.:
1922 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1923 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1924 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1925 ///
1926 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1927 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1928 /// profitable (e.g., for code size).
1929 static Instruction *
1930 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1931   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1932   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1933   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1934
1935   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1936   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1937   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1938   //        not be profitable even for code size.
1939   if (!PredBB)
1940     return nullptr;
1941
1942   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1943   //                         free and an unconditional branch?
1944   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1945   //        predecessor block
1946   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1947     return nullptr;
1948   BasicBlock *SuccBB;
1949   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1950     return nullptr;
1951
1952   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1953   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1954   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1955   ICmpInst::Predicate Pred;
1956   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1957     return nullptr;
1958   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1959     return nullptr;
1960
1961   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1962   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1963     return nullptr;
1964   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1965          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1966
1967   FI.moveBefore(TI);
1968   return &FI;
1969 }
1970
1971
1972 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1973   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1974
1975   // free undef -> unreachable.
1976   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1977     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1978     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1979                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1980     return EraseInstFromFunction(FI);
1981   }
1982
1983   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1984   // when lots of inlining happens.
1985   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1986     return EraseInstFromFunction(FI);
1987
1988   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1989   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
1990   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
1991   // if (foo) free(foo);
1992   // into
1993   // free(foo);
1994   if (MinimizeSize)
1995     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
1996       return I;
1997
1998   return nullptr;
1999 }
2000
2001
2002
2003 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2004   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2005   Value *X = nullptr;
2006   BasicBlock *TrueDest;
2007   BasicBlock *FalseDest;
2008   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2009       !isa<Constant>(X)) {
2010     // Swap Destinations and condition...
2011     BI.setCondition(X);
2012     BI.swapSuccessors();
2013     return &BI;
2014   }
2015
2016   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2017   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2018   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2019                              TrueDest, FalseDest)) &&
2020       BI.getCondition()->hasOneUse())
2021     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2022         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2023       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2024       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2025
2026       // Swap Destinations and condition.
2027       BI.swapSuccessors();
2028       Worklist.Add(Cond);
2029       return &BI;
2030     }
2031
2032   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2033   ICmpInst::Predicate IPred;
2034   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2035                       TrueDest, FalseDest)) &&
2036       BI.getCondition()->hasOneUse())
2037     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2038         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2039         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2040       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2041       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2042       // Swap Destinations and condition.
2043       BI.swapSuccessors();
2044       Worklist.Add(Cond);
2045       return &BI;
2046     }
2047
2048   return nullptr;
2049 }
2050
2051 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2052   Value *Cond = SI.getCondition();
2053   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2054     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2055       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2056         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2057         // Skip the first item since that's the default case.
2058         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2059              i != e; ++i) {
2060           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2061           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2062                                                       AddRHS);
2063           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2064                  "Result of expression should be constant");
2065           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2066         }
2067         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2068         Worklist.Add(I);
2069         return &SI;
2070       }
2071   }
2072   return nullptr;
2073 }
2074
2075 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2076   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2077
2078   if (!EV.hasIndices())
2079     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2080
2081   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2082     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2083       if (EV.getNumIndices() == 0)
2084         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2085       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2086       // first index
2087       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2088     }
2089     return nullptr; // Can't handle other constants
2090   }
2091
2092   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2093     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2094     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2095     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2096          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2097          exti != exte && insi != inse;
2098          ++exti, ++insi) {
2099       if (*insi != *exti)
2100         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2101         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2102         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2103         // operand of the insert. i.e., replace
2104         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2105         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2106         // with
2107         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2108         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2109                                         EV.getIndices());
2110     }
2111     if (exti == exte && insi == inse)
2112       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2113       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2114       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2115       // with "i32 42"
2116       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2117     if (exti == exte) {
2118       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2119       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2120       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2121       // with
2122       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2123       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2124       // by switching the order of the insert and extract (though the
2125       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2126       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2127                                                  EV.getIndices());
2128       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2129                                      makeArrayRef(insi, inse));
2130     }
2131     if (insi == inse)
2132       // The insert list is a prefix of the extract list
2133       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2134       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2135       // i.e., replace
2136       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2137       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2138       // with
2139       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2140       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2141                                       makeArrayRef(exti, exte));
2142   }
2143   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2144     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2145     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2146     // just get one value.
2147     if (II->hasOneUse()) {
2148       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2149       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2150       // and replace it with a traditional binary instruction.
2151       switch (II->getIntrinsicID()) {
2152       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2153       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2154         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2155           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2156           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2157           EraseInstFromFunction(*II);
2158           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2159         }
2160
2161         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2162         // we can transform this into a range comparison.
2163         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2164         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2165           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2166             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2167                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2168         break;
2169       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2170       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2171         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2172           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2173           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2174           EraseInstFromFunction(*II);
2175           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2176         }
2177         break;
2178       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2179       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2180         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2181           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2182           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2183           EraseInstFromFunction(*II);
2184           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2185         }
2186         break;
2187       default:
2188         break;
2189       }
2190     }
2191   }
2192   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2193     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2194     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2195     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2196     //        could be done regardless of having multiple uses.
2197     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2198       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2199       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2200       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2201       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2202       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2203             I != E; ++I)
2204         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2205
2206       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2207       // the extractvalue.
2208       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2209       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2210       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2211       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2212       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2213     }
2214   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2215   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2216   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2217   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2218   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2219   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2220   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2221   // aren't handled yet.
2222   return nullptr;
2223 }
2224
2225 enum Personality_Type {
2226   Unknown_Personality,
2227   GNU_Ada_Personality,
2228   GNU_CXX_Personality,
2229   GNU_ObjC_Personality
2230 };
2231
2232 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2233 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2234 /// otherwise return Unknown_Personality.
2235 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2236   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2237   if (!F)
2238     return Unknown_Personality;
2239   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2240     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2241     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2242     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2243     .Default(Unknown_Personality);
2244 }
2245
2246 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2247 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2248   switch (Personality) {
2249   case Unknown_Personality:
2250     return false;
2251   case GNU_Ada_Personality:
2252     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2253     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2254     return false;
2255   case GNU_CXX_Personality:
2256   case GNU_ObjC_Personality:
2257     return TypeInfo->isNullValue();
2258   }
2259   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2260 }
2261
2262 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2263   return
2264     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2265   <
2266     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2267 }
2268
2269 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2270   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2271   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2272   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2273   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2274
2275   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2276   // (these are often created by inlining).
2277   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2278   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2279   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2280
2281   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2282   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2283     bool isLastClause = i + 1 == e;
2284     if (LI.isCatch(i)) {
2285       // A catch clause.
2286       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2287       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2288
2289       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2290       // copy of it.
2291       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2292         // This catch clause was not already seen.
2293         NewClauses.push_back(CatchClause);
2294       } else {
2295         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2296         MakeNewInstruction = true;
2297       }
2298
2299       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2300       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2301       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2302         if (!isLastClause)
2303           MakeNewInstruction = true;
2304         CleanupFlag = false;
2305         break;
2306       }
2307     } else {
2308       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2309       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2310       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2311       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2312       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2313       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2314       // class derived from it).
2315       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2316       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2317       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2318       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2319
2320       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2321       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2322       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2323       if (!NumTypeInfos) {
2324         NewClauses.push_back(FilterClause);
2325         if (!isLastClause)
2326           MakeNewInstruction = true;
2327         CleanupFlag = false;
2328         break;
2329       }
2330
2331       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2332       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2333       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2334         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2335         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2336         Constant *TypeInfo =
2337           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2338         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2339         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2340           // Throw the filter away.
2341           MakeNewInstruction = true;
2342           continue;
2343         }
2344
2345         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2346         // discard all but the first copy if there is more than one.
2347         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2348         if (NumTypeInfos > 1)
2349           MakeNewFilter = true;
2350       } else {
2351         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2352         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2353         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2354
2355         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2356         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2357         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2358         bool SawCatchAll = false;
2359         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2360           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2361           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2362           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2363             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2364             SawCatchAll = true;
2365             break;
2366           }
2367           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2368             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2369             // is pointless.
2370             continue;
2371           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2372           // a filter, so only add it if we didn't already.
2373           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2374             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2375         }
2376         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2377         if (SawCatchAll) {
2378           // Throw the filter away.
2379           MakeNewInstruction = true;
2380           continue;
2381         }
2382
2383         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2384         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2385           MakeNewFilter = true;
2386       }
2387       if (MakeNewFilter) {
2388         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2389                                     NewFilterElts.size());
2390         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2391         MakeNewInstruction = true;
2392       }
2393
2394       NewClauses.push_back(FilterClause);
2395
2396       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2397       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2398       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2399       // already handled above.
2400       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2401         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2402         CleanupFlag = false;
2403         break;
2404       }
2405     }
2406   }
2407
2408   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2409   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2410   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2411   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2412   // filter optimizations below.
2413   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2414     unsigned j;
2415     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2416     for (j = i; j != e; ++j)
2417       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2418         break;
2419
2420     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2421     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2422     // new landingpad instruction if it does.
2423     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2424       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2425         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2426         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2427         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2428                          shorter_filter);
2429         MakeNewInstruction = true;
2430         break;
2431       }
2432
2433     // Look for the next batch of filters.
2434     i = j + 1;
2435   }
2436
2437   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2438   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2439   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2440   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2441   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2442   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2443   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2444   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2445   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2446   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2447   // specifications.
2448   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2449     // Examine each filter in turn.
2450     Value *Filter = NewClauses[i];
2451     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2452     if (!FTy)
2453       // Not a filter - skip it.
2454       continue;
2455     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2456     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2457     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2458     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2459       Value *LFilter = NewClauses[j];
2460       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2461       if (!LTy)
2462         // Not a filter - skip it.
2463         continue;
2464       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2465       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2466       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2467       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2468       if (!FElts) {
2469         // Discard LFilter.
2470         NewClauses.erase(J);
2471         MakeNewInstruction = true;
2472         // Move on to the next filter.
2473         continue;
2474       }
2475       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2476       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2477       if (FElts > LElts)
2478         // Move on to the next filter.
2479         continue;
2480       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2481       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2482         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2483         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2484         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2485           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2486           // Discard LFilter.
2487           NewClauses.erase(J);
2488           MakeNewInstruction = true;
2489         }
2490         // Move on to the next filter.
2491         continue;
2492       }
2493       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2494       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2495         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2496         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2497         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2498         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2499           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2500             // LFilter contains a zero - discard it.
2501             NewClauses.erase(J);
2502             MakeNewInstruction = true;
2503             break;
2504           }
2505         // Move on to the next filter.
2506         continue;
2507       }
2508       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2509       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2510       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2511       // using a method that scales nicely.
2512       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2513       bool AllFound = true;
2514       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2515         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2516         AllFound = false;
2517         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2518           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2519           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2520             AllFound = true;
2521             break;
2522           }
2523         }
2524         if (!AllFound)
2525           break;
2526       }
2527       if (AllFound) {
2528         // Discard LFilter.
2529         NewClauses.erase(J);
2530         MakeNewInstruction = true;
2531       }
2532       // Move on to the next filter.
2533     }
2534   }
2535
2536   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2537   // with a new one.
2538   if (MakeNewInstruction) {
2539     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2540                                                  LI.getPersonalityFn(),
2541                                                  NewClauses.size());
2542     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2543       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2544     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2545     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2546     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2547     if (NewClauses.empty())
2548       CleanupFlag = true;
2549     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2550     return NLI;
2551   }
2552
2553   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2554   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2555   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2556     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2557     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2558     return &LI;
2559   }
2560
2561   return nullptr;
2562 }
2563
2564
2565
2566
2567 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2568 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2569 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2570 /// end of its block.
2571 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2572   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2573
2574   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2575   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2576       isa<TerminatorInst>(I))
2577     return false;
2578
2579   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2580   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2581         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2582     return false;
2583
2584   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2585   // the end of block that could change the value.
2586   if (I->mayReadFromMemory()) {
2587     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2588          Scan != E; ++Scan)
2589       if (Scan->mayWriteToMemory())
2590         return false;
2591   }
2592
2593   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2594   I->moveBefore(InsertPos);
2595   ++NumSunkInst;
2596   return true;
2597 }
2598
2599
2600 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2601 /// all reachable code to the worklist.
2602 ///
2603 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2604 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2605 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2606 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2607 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2608 ///
2609 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2610                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2611                                        InstCombiner &IC,
2612                                        const DataLayout *DL,
2613                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2614   bool MadeIRChange = false;
2615   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2616   Worklist.push_back(BB);
2617
2618   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2619   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2620
2621   do {
2622     BB = Worklist.pop_back_val();
2623
2624     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2625     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2626
2627     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2628       Instruction *Inst = BBI++;
2629
2630       // DCE instruction if trivially dead.
2631       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2632         ++NumDeadInst;
2633         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2634         Inst->eraseFromParent();
2635         continue;
2636       }
2637
2638       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2639       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2640         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2641           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2642                        << *Inst << '\n');
2643           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2644           ++NumConstProp;
2645           Inst->eraseFromParent();
2646           continue;
2647         }
2648
2649       if (DL) {
2650         // See if we can constant fold its operands.
2651         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2652              i != e; ++i) {
2653           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2654           if (CE == nullptr) continue;
2655
2656           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2657           if (!FoldRes)
2658             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2659           if (!FoldRes)
2660             FoldRes = CE;
2661
2662           if (FoldRes != CE) {
2663             *i = FoldRes;
2664             MadeIRChange = true;
2665           }
2666         }
2667       }
2668
2669       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2670     }
2671
2672     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2673     // constant, only visit the reachable successor.
2674     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2675     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2676       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2677         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2678         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2679         Worklist.push_back(ReachableBB);
2680         continue;
2681       }
2682     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2683       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2684         // See if this is an explicit destination.
2685         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2686              i != e; ++i)
2687           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2688             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2689             Worklist.push_back(ReachableBB);
2690             continue;
2691           }
2692
2693         // Otherwise it is the default destination.
2694         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2695         continue;
2696       }
2697     }
2698
2699     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2700       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2701   } while (!Worklist.empty());
2702
2703   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2704   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2705   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2706   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2707   // some N^2 behavior in pathological cases.
2708   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2709                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2710
2711   return MadeIRChange;
2712 }
2713
2714 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2715   MadeIRChange = false;
2716
2717   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2718                << F.getName() << "\n");
2719
2720   {
2721     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2722     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2723     // track of which blocks we visit.
2724     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2725     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2726                                                TLI);
2727
2728     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2729     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2730     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2731     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2732       if (Visited.count(BB)) continue;
2733
2734       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2735       // having to update as many def-use and use-def chains.
2736       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2737       while (EndInst != BB->begin()) {
2738         // Delete the next to last instruction.
2739         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2740         Instruction *Inst = --I;
2741         if (!Inst->use_empty())
2742           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2743         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2744           EndInst = Inst;
2745           continue;
2746         }
2747         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2748           ++NumDeadInst;
2749           MadeIRChange = true;
2750         }
2751         Inst->eraseFromParent();
2752       }
2753     }
2754   }
2755
2756   while (!Worklist.isEmpty()) {
2757     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2758     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2759
2760     // Check to see if we can DCE the instruction.
2761     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2762       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2763       EraseInstFromFunction(*I);
2764       ++NumDeadInst;
2765       MadeIRChange = true;
2766       continue;
2767     }
2768
2769     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2770     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2771       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2772         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2773
2774         // Add operands to the worklist.
2775         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2776         ++NumConstProp;
2777         EraseInstFromFunction(*I);
2778         MadeIRChange = true;
2779         continue;
2780       }
2781
2782     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2783     if (I->hasOneUse()) {
2784       BasicBlock *BB = I->getParent();
2785       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2786       BasicBlock *UserParent;
2787
2788       // Get the block the use occurs in.
2789       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2790         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2791       else
2792         UserParent = UserInst->getParent();
2793
2794       if (UserParent != BB) {
2795         bool UserIsSuccessor = false;
2796         // See if the user is one of our successors.
2797         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2798           if (*SI == UserParent) {
2799             UserIsSuccessor = true;
2800             break;
2801           }
2802
2803         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2804         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2805         // otherwise), we can keep going.
2806         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2807           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2808           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2809             MadeIRChange = true;
2810             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2811             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2812             // worklist
2813             for (Use &U : I->operands())
2814               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2815                 Worklist.Add(OpI);
2816           }
2817         }
2818       }
2819     }
2820
2821     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2822     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2823     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2824
2825 #ifndef NDEBUG
2826     std::string OrigI;
2827 #endif
2828     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2829     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2830
2831     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2832       ++NumCombined;
2833       // Should we replace the old instruction with a new one?
2834       if (Result != I) {
2835         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2836                      << "    New = " << *Result << '\n');
2837
2838         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2839           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2840         // Everything uses the new instruction now.
2841         I->replaceAllUsesWith(Result);
2842
2843         // Move the name to the new instruction first.
2844         Result->takeName(I);
2845
2846         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2847         Worklist.Add(Result);
2848         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2849
2850         // Insert the new instruction into the basic block...
2851         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2852         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2853
2854         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2855         // insertion point.
2856         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2857           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2858
2859         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2860
2861         EraseInstFromFunction(*I);
2862       } else {
2863 #ifndef NDEBUG
2864         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2865                      << "    New = " << *I << '\n');
2866 #endif
2867
2868         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2869         // if so, remove it.
2870         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2871           EraseInstFromFunction(*I);
2872         } else {
2873           Worklist.Add(I);
2874           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2875         }
2876       }
2877       MadeIRChange = true;
2878     }
2879   }
2880
2881   Worklist.Zap();
2882   return MadeIRChange;
2883 }
2884
2885 namespace {
2886 class InstCombinerLibCallSimplifier : public LibCallSimplifier {
2887   InstCombiner *IC;
2888 public:
2889   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2890                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2891                                 InstCombiner *IC)
2892     : LibCallSimplifier(DL, TLI, UnsafeFPShrink) {
2893     this->IC = IC;
2894   }
2895
2896   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2897   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2898   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2899     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2900   }
2901 };
2902 }
2903
2904 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2905   if (skipOptnoneFunction(F))
2906     return false;
2907
2908   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2909   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2910   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2911   // Minimizing size?
2912   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2913                                                 Attribute::MinSize);
2914
2915   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2916   /// instructions into the worklist when they are created.
2917   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2918     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2919                InstCombineIRInserter(Worklist));
2920   Builder = &TheBuilder;
2921
2922   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2923   Simplifier = &TheSimplifier;
2924
2925   bool EverMadeChange = false;
2926
2927   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2928   // by instcombiner.
2929   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2930
2931   // Iterate while there is work to do.
2932   unsigned Iteration = 0;
2933   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2934     EverMadeChange = true;
2935
2936   Builder = nullptr;
2937   return EverMadeChange;
2938 }
2939
2940 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2941   return new InstCombiner();
2942 }