Now with fewer extraneous semicolons!
[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 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
37 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
38 #include "InstCombine.h"
39 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
40 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
41 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
42 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
43 #include "llvm/Target/TargetData.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Support/CFG.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
48 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
49 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
50 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
51 #include "llvm-c/Initialization.h"
52 #include <algorithm>
53 #include <climits>
54 using namespace llvm;
55 using namespace llvm::PatternMatch;
56
57 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
58 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
59 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
60 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
61
62 // Initialization Routines
63 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
64   initializeInstCombinerPass(Registry);
65 }
66
67 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
68   initializeInstCombine(*unwrap(R));
69 }
70
71 char InstCombiner::ID = 0;
72 INITIALIZE_PASS(InstCombiner, "instcombine",
73                 "Combine redundant instructions", false, false)
74
75 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
76   AU.addPreservedID(LCSSAID);
77   AU.setPreservesCFG();
78 }
79
80
81 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
82 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
83 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
84 bool InstCombiner::ShouldChangeType(const Type *From, const Type *To) const {
85   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
86   
87   // If we don't have TD, we don't know if the source/dest are legal.
88   if (!TD) return false;
89   
90   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
91   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
92   bool FromLegal = TD->isLegalInteger(FromWidth);
93   bool ToLegal = TD->isLegalInteger(ToWidth);
94   
95   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
96   // type, don't do the transformation.
97   if (FromLegal && !ToLegal)
98     return false;
99   
100   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
101   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
102   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
103     return false;
104   
105   return true;
106 }
107
108
109 // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
110 // operators:
111 //
112 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
113 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
114 //     binary operators.
115 //
116 //  2. Transform: (op (op V, C1), C2) ==> (op V, (op C1, C2))
117 //  3. Transform: (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
118 //
119 bool InstCombiner::SimplifyCommutative(BinaryOperator &I) {
120   bool Changed = false;
121   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1)))
122     Changed = !I.swapOperands();
123
124   if (!I.isAssociative()) return Changed;
125   
126   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
127   if (BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0)))
128     if (Op->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op->getOperand(1))) {
129       if (isa<Constant>(I.getOperand(1))) {
130         Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(),
131                                              cast<Constant>(I.getOperand(1)),
132                                              cast<Constant>(Op->getOperand(1)));
133         I.setOperand(0, Op->getOperand(0));
134         I.setOperand(1, Folded);
135         return true;
136       }
137       
138       if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1)))
139         if (Op1->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
140             Op->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
141           Constant *C1 = cast<Constant>(Op->getOperand(1));
142           Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
143
144           // Fold (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
145           Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), C1, C2);
146           Instruction *New = BinaryOperator::Create(Opcode, Op->getOperand(0),
147                                                     Op1->getOperand(0),
148                                                     Op1->getName(), &I);
149           Worklist.Add(New);
150           I.setOperand(0, New);
151           I.setOperand(1, Folded);
152           return true;
153         }
154     }
155   return Changed;
156 }
157
158 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
159 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
160 //
161 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
162   if (BinaryOperator::isNeg(V))
163     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
164
165   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
166   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
167     return ConstantExpr::getNeg(C);
168
169   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
170     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
171       return ConstantExpr::getNeg(C);
172
173   return 0;
174 }
175
176 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
177 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
178 // form).
179 //
180 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V) const {
181   if (BinaryOperator::isFNeg(V))
182     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
183
184   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
185   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
186     return ConstantExpr::getFNeg(C);
187
188   if (ConstantVector *C = dyn_cast<ConstantVector>(V))
189     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
190       return ConstantExpr::getFNeg(C);
191
192   return 0;
193 }
194
195 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
196                                              InstCombiner *IC) {
197   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I))
198     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
199
200   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
201   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
202   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
203
204   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
205     if (ConstIsRHS)
206       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
207     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
208   }
209
210   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
211   if (!ConstIsRHS)
212     std::swap(Op0, Op1);
213   
214   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I))
215     return IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
216                                     SO->getName()+".op");
217   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
218     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
219                                    SO->getName()+".cmp");
220   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
221     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
222                                    SO->getName()+".cmp");
223   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
224 }
225
226 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
227 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
228 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
229 // not have a second operand.
230 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
231   // Don't modify shared select instructions
232   if (!SI->hasOneUse()) return 0;
233   Value *TV = SI->getOperand(1);
234   Value *FV = SI->getOperand(2);
235
236   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
237     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
238     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return 0;
239
240     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
241     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
242
243     return SelectInst::Create(SI->getCondition(), SelectTrueVal,
244                               SelectFalseVal);
245   }
246   return 0;
247 }
248
249
250 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
251 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
252 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
253 ///
254 /// If AllowAggressive is true, FoldOpIntoPhi will allow certain transforms
255 /// that would normally be unprofitable because they strongly encourage jump
256 /// threading.
257 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I,
258                                          bool AllowAggressive) {
259   AllowAggressive = false;
260   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
261   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
262   if (NumPHIValues == 0 ||
263       // We normally only transform phis with a single use, unless we're trying
264       // hard to make jump threading happen.
265       (!PN->hasOneUse() && !AllowAggressive))
266     return 0;
267   
268   
269   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
270   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
271   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
272   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
273   // their computation can be expensive without a cost model.
274   BasicBlock *NonConstBB = 0;
275   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i)
276     if (!isa<Constant>(PN->getIncomingValue(i)) ||
277         isa<ConstantExpr>(PN->getIncomingValue(i))) {
278       if (NonConstBB) return 0;  // More than one non-const value.
279       if (isa<PHINode>(PN->getIncomingValue(i))) return 0;  // Itself a phi.
280       NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
281       
282       // If the incoming non-constant value is in I's block, we have an infinite
283       // loop.
284       if (NonConstBB == I.getParent())
285         return 0;
286     }
287   
288   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
289   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
290   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
291   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
292   if (NonConstBB != 0 && !AllowAggressive) {
293     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
294     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return 0;
295   }
296
297   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
298   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), "");
299   NewPN->reserveOperandSpace(PN->getNumOperands()/2);
300   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
301   NewPN->takeName(PN);
302
303   // Next, add all of the operands to the PHI.
304   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
305     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
306     // not the true/false values.
307     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
308     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
309     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
310     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
311       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
312       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
313       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
314       Value *InV = 0;
315       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
316         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
317       } else {
318         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
319         InV = SelectInst::Create(PN->getIncomingValue(i), TrueVInPred,
320                                  FalseVInPred,
321                                  "phitmp", NonConstBB->getTerminator());
322         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
323       }
324       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
325     }
326   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
327     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
328     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
329       Value *InV = 0;
330       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
331         if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
332           InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
333         else
334           InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
335       } else {
336         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
337         if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) 
338           InV = BinaryOperator::Create(BO->getOpcode(),
339                                        PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
340                                        NonConstBB->getTerminator());
341         else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I))
342           InV = CmpInst::Create(CI->getOpcode(),
343                                 CI->getPredicate(),
344                                 PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp",
345                                 NonConstBB->getTerminator());
346         else
347           llvm_unreachable("Unknown binop!");
348         
349         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
350       }
351       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
352     }
353   } else { 
354     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
355     const Type *RetTy = CI->getType();
356     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
357       Value *InV;
358       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i))) {
359         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
360       } else {
361         assert(PN->getIncomingBlock(i) == NonConstBB);
362         InV = CastInst::Create(CI->getOpcode(), PN->getIncomingValue(i), 
363                                I.getType(), "phitmp", 
364                                NonConstBB->getTerminator());
365         Worklist.Add(cast<Instruction>(InV));
366       }
367       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
368     }
369   }
370   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
371 }
372
373 /// FindElementAtOffset - Given a type and a constant offset, determine whether
374 /// or not there is a sequence of GEP indices into the type that will land us at
375 /// the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and return the
376 /// resultant element type, otherwise return null.
377 const Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(const Type *Ty, int64_t Offset, 
378                                           SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
379   if (!TD) return 0;
380   if (!Ty->isSized()) return 0;
381   
382   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
383   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
384   // is something like [0 x {int, int}]
385   const Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(Ty->getContext());
386   int64_t FirstIdx = 0;
387   if (int64_t TySize = TD->getTypeAllocSize(Ty)) {
388     FirstIdx = Offset/TySize;
389     Offset -= FirstIdx*TySize;
390     
391     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
392     if (Offset < 0) {
393       --FirstIdx;
394       Offset += TySize;
395       assert(Offset >= 0);
396     }
397     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
398   }
399   
400   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
401     
402   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
403   while (Offset) {
404     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
405     if (uint64_t(Offset*8) >= TD->getTypeSizeInBits(Ty))
406       return 0;
407     
408     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
409       const StructLayout *SL = TD->getStructLayout(STy);
410       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
411              "Offset must stay within the indexed type");
412       
413       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
414       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
415                                             Elt));
416       
417       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
418       Ty = STy->getElementType(Elt);
419     } else if (const ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
420       uint64_t EltSize = TD->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
421       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
422       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
423       Offset %= EltSize;
424       Ty = AT->getElementType();
425     } else {
426       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
427       return 0;
428     }
429   }
430   
431   return Ty;
432 }
433
434
435
436 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
437   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
438
439   if (Value *V = SimplifyGEPInst(&Ops[0], Ops.size(), TD))
440     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
441
442   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
443
444   if (isa<UndefValue>(GEP.getOperand(0)))
445     return ReplaceInstUsesWith(GEP, UndefValue::get(GEP.getType()));
446
447   // Eliminate unneeded casts for indices.
448   if (TD) {
449     bool MadeChange = false;
450     unsigned PtrSize = TD->getPointerSizeInBits();
451     
452     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
453     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
454          I != E; ++I, ++GTI) {
455       if (!isa<SequentialType>(*GTI)) continue;
456       
457       // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink it
458       // to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.  This
459       // explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
460       unsigned OpBits = cast<IntegerType>((*I)->getType())->getBitWidth();
461       if (OpBits == PtrSize)
462         continue;
463       
464       *I = Builder->CreateIntCast(*I, TD->getIntPtrType(GEP.getContext()),true);
465       MadeChange = true;
466     }
467     if (MadeChange) return &GEP;
468   }
469
470   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
471   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
472   // getelementptr instructions into a single instruction.
473   //
474   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
475     // Note that if our source is a gep chain itself that we wait for that
476     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
477     // avoids us creating a TON of code in some cases.
478     //
479     if (GetElementPtrInst *SrcGEP =
480           dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src->getOperand(0)))
481       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2)
482         return 0;   // Wait until our source is folded to completion.
483
484     SmallVector<Value*, 8> Indices;
485
486     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
487     bool EndsWithSequential = false;
488     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
489          I != E; ++I)
490       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
491
492     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
493     if (EndsWithSequential) {
494       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
495       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
496       //
497       Value *Sum;
498       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
499       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
500       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
501         Sum = GO1;
502       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
503         Sum = SO1;
504       } else {
505         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
506         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
507         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
508         // normalized.
509         if (SO1->getType() != GO1->getType())
510           return 0;
511         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
512       }
513
514       // Update the GEP in place if possible.
515       if (Src->getNumOperands() == 2) {
516         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
517         GEP.setOperand(1, Sum);
518         return &GEP;
519       }
520       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
521       Indices.push_back(Sum);
522       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
523     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
524                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
525                Src->getNumOperands() != 1) {
526       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
527       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
528       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
529     }
530
531     if (!Indices.empty())
532       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
533         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
534                                           Indices.end(), GEP.getName()) :
535         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices.begin(),
536                                   Indices.end(), GEP.getName());
537   }
538   
539   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
540   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
541   if (StrippedPtr != PtrOp) {
542     const PointerType *StrippedPtrTy =cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
543
544     bool HasZeroPointerIndex = false;
545     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
546       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
547     
548     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
549     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
550     //
551     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
552     //           into     : GEP i8* X, ...
553     // 
554     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
555     if (HasZeroPointerIndex) {
556       const PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
557       if (const ArrayType *CATy =
558           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
559         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
560         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
561           // -> GEP i8* X, ...
562           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
563           GetElementPtrInst *Res =
564             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx.begin(),
565                                       Idx.end(), GEP.getName());
566           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
567           return Res;
568         }
569         
570         if (const ArrayType *XATy =
571               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
572           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
573           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
574             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
575             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
576             // to an array of the same type as the destination pointer
577             // array.  Because the array type is never stepped over (there
578             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
579             GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
580             return &GEP;
581           }
582         }
583       }
584     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
585       // Transform things like:
586       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
587       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
588       const Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
589       const Type *ResElTy=cast<PointerType>(PtrOp->getType())->getElementType();
590       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() &&
591           TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType()) ==
592           TD->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
593         Value *Idx[2];
594         Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
595         Idx[1] = GEP.getOperand(1);
596         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
597           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName()) :
598           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
599         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
600         return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
601       }
602       
603       // Transform things like:
604       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
605       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
606       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
607       
608       if (TD && SrcElTy->isArrayTy() && ResElTy->isIntegerTy(8)) {
609         uint64_t ArrayEltSize =
610             TD->getTypeAllocSize(cast<ArrayType>(SrcElTy)->getElementType());
611         
612         // Check to see if "tmp" is a scale by a multiple of ArrayEltSize.  We
613         // allow either a mul, shift, or constant here.
614         Value *NewIdx = 0;
615         ConstantInt *Scale = 0;
616         if (ArrayEltSize == 1) {
617           NewIdx = GEP.getOperand(1);
618           Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(NewIdx->getType()), 1);
619         } else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1))) {
620           NewIdx = ConstantInt::get(CI->getType(), 1);
621           Scale = CI;
622         } else if (Instruction *Inst =dyn_cast<Instruction>(GEP.getOperand(1))){
623           if (Inst->getOpcode() == Instruction::Shl &&
624               isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
625             ConstantInt *ShAmt = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
626             uint32_t ShAmtVal = ShAmt->getLimitedValue(64);
627             Scale = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(Inst->getType()),
628                                      1ULL << ShAmtVal);
629             NewIdx = Inst->getOperand(0);
630           } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Mul &&
631                      isa<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
632             Scale = cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1));
633             NewIdx = Inst->getOperand(0);
634           }
635         }
636         
637         // If the index will be to exactly the right offset with the scale taken
638         // out, perform the transformation. Note, we don't know whether Scale is
639         // signed or not. We'll use unsigned version of division/modulo
640         // operation after making sure Scale doesn't have the sign bit set.
641         if (ArrayEltSize && Scale && Scale->getSExtValue() >= 0LL &&
642             Scale->getZExtValue() % ArrayEltSize == 0) {
643           Scale = ConstantInt::get(Scale->getType(),
644                                    Scale->getZExtValue() / ArrayEltSize);
645           if (Scale->getZExtValue() != 1) {
646             Constant *C = ConstantExpr::getIntegerCast(Scale, NewIdx->getType(),
647                                                        false /*ZExt*/);
648             NewIdx = Builder->CreateMul(NewIdx, C, "idxscale");
649           }
650
651           // Insert the new GEP instruction.
652           Value *Idx[2];
653           Idx[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GEP.getContext()));
654           Idx[1] = NewIdx;
655           Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
656             Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2,GEP.getName()):
657             Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, Idx + 2, GEP.getName());
658           // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
659           return new BitCastInst(NewGEP, GEP.getType());
660         }
661       }
662     }
663   }
664   
665   /// See if we can simplify:
666   ///   X = bitcast A* to B*
667   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
668   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
669   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
670   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
671     if (TD &&
672         !isa<BitCastInst>(BCI->getOperand(0)) && GEP.hasAllConstantIndices()) {
673       // Determine how much the GEP moves the pointer.  We are guaranteed to get
674       // a constant back from EmitGEPOffset.
675       ConstantInt *OffsetV = cast<ConstantInt>(EmitGEPOffset(&GEP));
676       int64_t Offset = OffsetV->getSExtValue();
677       
678       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
679       // with a bitcast of the real input to the dest type.
680       if (Offset == 0) {
681         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
682         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
683         if (isa<AllocaInst>(BCI->getOperand(0)) ||
684             isMalloc(BCI->getOperand(0))) {
685           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
686           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
687             if (I != BCI) {
688               I->takeName(BCI);
689               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
690               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
691             }
692             return &GEP;
693           }
694         }
695         return new BitCastInst(BCI->getOperand(0), GEP.getType());
696       }
697       
698       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
699       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
700       // GEP.
701       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
702       const Type *InTy =
703         cast<PointerType>(BCI->getOperand(0)->getType())->getElementType();
704       if (FindElementAtOffset(InTy, Offset, NewIndices)) {
705         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
706           Builder->CreateInBoundsGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
707                                      NewIndices.end()) :
708           Builder->CreateGEP(BCI->getOperand(0), NewIndices.begin(),
709                              NewIndices.end());
710         
711         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
712           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
713         NGEP->takeName(&GEP);
714         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
715       }
716     }
717   }    
718     
719   return 0;
720 }
721
722
723
724 static bool IsOnlyNullComparedAndFreed(const Value &V) {
725   for (Value::const_use_iterator UI = V.use_begin(), UE = V.use_end();
726        UI != UE; ++UI) {
727     const User *U = *UI;
728     if (isFreeCall(U))
729       continue;
730     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(U))
731       if (ICI->isEquality() && isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
732         continue;
733     return false;
734   }
735   return true;
736 }
737
738 Instruction *InstCombiner::visitMalloc(Instruction &MI) {
739   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
740   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
741   // true or false as appropriate.
742   if (IsOnlyNullComparedAndFreed(MI)) {
743     for (Value::use_iterator UI = MI.use_begin(), UE = MI.use_end();
744          UI != UE;) {
745       // We can assume that every remaining use is a free call or an icmp eq/ne
746       // to null, so the cast is safe.
747       Instruction *I = cast<Instruction>(*UI);
748
749       // Early increment here, as we're about to get rid of the user.
750       ++UI;
751
752       if (isFreeCall(I)) {
753         EraseInstFromFunction(*cast<CallInst>(I));
754         continue;
755       }
756       // Again, the cast is safe.
757       ICmpInst *C = cast<ICmpInst>(I);
758       ReplaceInstUsesWith(*C, ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
759                                                C->isFalseWhenEqual()));
760       EraseInstFromFunction(*C);
761     }
762     return EraseInstFromFunction(MI);
763   }
764   return 0;
765 }
766
767
768
769 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
770   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
771
772   // free undef -> unreachable.
773   if (isa<UndefValue>(Op)) {
774     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
775     new StoreInst(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
776            UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())), &FI);
777     return EraseInstFromFunction(FI);
778   }
779   
780   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
781   // when lots of inlining happens.
782   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
783     return EraseInstFromFunction(FI);
784
785   return 0;
786 }
787
788
789
790 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
791   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
792   Value *X = 0;
793   BasicBlock *TrueDest;
794   BasicBlock *FalseDest;
795   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
796       !isa<Constant>(X)) {
797     // Swap Destinations and condition...
798     BI.setCondition(X);
799     BI.setSuccessor(0, FalseDest);
800     BI.setSuccessor(1, TrueDest);
801     return &BI;
802   }
803
804   // Cannonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
805   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
806   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)), 
807                              TrueDest, FalseDest)) &&
808       BI.getCondition()->hasOneUse())
809     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
810         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
811       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
812       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
813       
814       // Swap Destinations and condition.
815       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
816       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
817       Worklist.Add(Cond);
818       return &BI;
819     }
820
821   // Cannonicalize icmp_ne -> icmp_eq
822   ICmpInst::Predicate IPred;
823   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
824                       TrueDest, FalseDest)) &&
825       BI.getCondition()->hasOneUse())
826     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
827         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
828         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
829       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
830       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
831       // Swap Destinations and condition.
832       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
833       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
834       Worklist.Add(Cond);
835       return &BI;
836     }
837
838   return 0;
839 }
840
841 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
842   Value *Cond = SI.getCondition();
843   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
844     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
845       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
846         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
847         for (unsigned i = 2, e = SI.getNumOperands(); i != e; i += 2)
848           SI.setOperand(i,
849                    ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(SI.getOperand(i)),
850                                                 AddRHS));
851         SI.setOperand(0, I->getOperand(0));
852         Worklist.Add(I);
853         return &SI;
854       }
855   }
856   return 0;
857 }
858
859 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
860   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
861
862   if (!EV.hasIndices())
863     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
864
865   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
866     if (isa<UndefValue>(C))
867       return ReplaceInstUsesWith(EV, UndefValue::get(EV.getType()));
868       
869     if (isa<ConstantAggregateZero>(C))
870       return ReplaceInstUsesWith(EV, Constant::getNullValue(EV.getType()));
871
872     if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C)) {
873       // Extract the element indexed by the first index out of the constant
874       Value *V = C->getOperand(*EV.idx_begin());
875       if (EV.getNumIndices() > 1)
876         // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
877         // first index
878         return ExtractValueInst::Create(V, EV.idx_begin() + 1, EV.idx_end());
879       else
880         return ReplaceInstUsesWith(EV, V);
881     }
882     return 0; // Can't handle other constants
883   } 
884   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
885     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
886     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
887     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
888          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
889          exti != exte && insi != inse;
890          ++exti, ++insi) {
891       if (*insi != *exti)
892         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
893         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
894         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
895         // operand of the insert. i.e., replace
896         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
897         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
898         // with
899         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
900         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
901                                         EV.idx_begin(), EV.idx_end());
902     }
903     if (exti == exte && insi == inse)
904       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
905       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
906       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
907       // with "i32 42"
908       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
909     if (exti == exte) {
910       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
911       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
912       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
913       // with
914       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
915       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
916       // by switching the order of the insert and extract (though the
917       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
918       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
919                                                  EV.idx_begin(), EV.idx_end());
920       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
921                                      insi, inse);
922     }
923     if (insi == inse)
924       // The insert list is a prefix of the extract list
925       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
926       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
927       // i.e., replace
928       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
929       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
930       // with
931       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
932       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(), 
933                                       exti, exte);
934   }
935   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
936     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
937     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
938     // just get one value.
939     if (II->hasOneUse()) {
940       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
941       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
942       // and replace it with a traditional binary instruction.
943       switch (II->getIntrinsicID()) {
944       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
945       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
946         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
947           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
948           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
949           EraseInstFromFunction(*II);
950           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
951         }
952         break;
953       case Intrinsic::usub_with_overflow:
954       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
955         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
956           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
957           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
958           EraseInstFromFunction(*II);
959           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
960         }
961         break;
962       case Intrinsic::umul_with_overflow:
963       case Intrinsic::smul_with_overflow:
964         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
965           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
966           II->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(II->getType()));
967           EraseInstFromFunction(*II);
968           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
969         }
970         break;
971       default:
972         break;
973       }
974     }
975   }
976   // Can't simplify extracts from other values. Note that nested extracts are
977   // already simplified implicitely by the above (extract ( extract (insert) )
978   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
979   // the value inserted, if appropriate).
980   return 0;
981 }
982
983
984
985
986 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
987 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
988 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
989 /// end of its block.
990 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
991   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
992
993   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
994   if (isa<PHINode>(I) || I->mayHaveSideEffects() || isa<TerminatorInst>(I))
995     return false;
996
997   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
998   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
999         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
1000     return false;
1001
1002   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
1003   // the end of block that could change the value.
1004   if (I->mayReadFromMemory()) {
1005     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
1006          Scan != E; ++Scan)
1007       if (Scan->mayWriteToMemory())
1008         return false;
1009   }
1010
1011   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstNonPHI();
1012
1013   I->moveBefore(InsertPos);
1014   ++NumSunkInst;
1015   return true;
1016 }
1017
1018
1019 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
1020 /// all reachable code to the worklist.
1021 ///
1022 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
1023 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
1024 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
1025 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
1026 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
1027 ///
1028 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB, 
1029                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited,
1030                                        InstCombiner &IC,
1031                                        const TargetData *TD) {
1032   bool MadeIRChange = false;
1033   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
1034   Worklist.push_back(BB);
1035   
1036   std::vector<Instruction*> InstrsForInstCombineWorklist;
1037   InstrsForInstCombineWorklist.reserve(128);
1038
1039   SmallPtrSet<ConstantExpr*, 64> FoldedConstants;
1040   
1041   do {
1042     BB = Worklist.pop_back_val();
1043     
1044     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
1045     if (!Visited.insert(BB)) continue;
1046
1047     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
1048       Instruction *Inst = BBI++;
1049       
1050       // DCE instruction if trivially dead.
1051       if (isInstructionTriviallyDead(Inst)) {
1052         ++NumDeadInst;
1053         DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
1054         Inst->eraseFromParent();
1055         continue;
1056       }
1057       
1058       // ConstantProp instruction if trivially constant.
1059       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
1060         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, TD)) {
1061           DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
1062                        << *Inst << '\n');
1063           Inst->replaceAllUsesWith(C);
1064           ++NumConstProp;
1065           Inst->eraseFromParent();
1066           continue;
1067         }
1068       
1069       if (TD) {
1070         // See if we can constant fold its operands.
1071         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
1072              i != e; ++i) {
1073           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
1074           if (CE == 0) continue;
1075           
1076           // If we already folded this constant, don't try again.
1077           if (!FoldedConstants.insert(CE))
1078             continue;
1079           
1080           Constant *NewC = ConstantFoldConstantExpression(CE, TD);
1081           if (NewC && NewC != CE) {
1082             *i = NewC;
1083             MadeIRChange = true;
1084           }
1085         }
1086       }
1087
1088       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
1089     }
1090
1091     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
1092     // constant, only visit the reachable successor.
1093     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1094     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1095       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
1096         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
1097         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
1098         Worklist.push_back(ReachableBB);
1099         continue;
1100       }
1101     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1102       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
1103         // See if this is an explicit destination.
1104         for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1105           if (SI->getCaseValue(i) == Cond) {
1106             BasicBlock *ReachableBB = SI->getSuccessor(i);
1107             Worklist.push_back(ReachableBB);
1108             continue;
1109           }
1110         
1111         // Otherwise it is the default destination.
1112         Worklist.push_back(SI->getSuccessor(0));
1113         continue;
1114       }
1115     }
1116     
1117     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1118       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
1119   } while (!Worklist.empty());
1120   
1121   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
1122   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
1123   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
1124   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
1125   // some N^2 behavior in pathological cases.
1126   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
1127                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
1128   
1129   return MadeIRChange;
1130 }
1131
1132 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
1133   MadeIRChange = false;
1134   
1135   DEBUG(errs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
1136         << F.getNameStr() << "\n");
1137
1138   {
1139     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
1140     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
1141     // track of which blocks we visit.
1142     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
1143     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, TD);
1144
1145     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
1146     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
1147     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
1148     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
1149       if (!Visited.count(BB)) {
1150         Instruction *Term = BB->getTerminator();
1151         while (Term != BB->begin()) {   // Remove instrs bottom-up
1152           BasicBlock::iterator I = Term; --I;
1153
1154           DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1155           // A debug intrinsic shouldn't force another iteration if we weren't
1156           // going to do one without it.
1157           if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1158             ++NumDeadInst;
1159             MadeIRChange = true;
1160           }
1161
1162           // If I is not void type then replaceAllUsesWith undef.
1163           // This allows ValueHandlers and custom metadata to adjust itself.
1164           if (!I->getType()->isVoidTy())
1165             I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1166           I->eraseFromParent();
1167         }
1168       }
1169   }
1170
1171   while (!Worklist.isEmpty()) {
1172     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
1173     if (I == 0) continue;  // skip null values.
1174
1175     // Check to see if we can DCE the instruction.
1176     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1177       DEBUG(errs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
1178       EraseInstFromFunction(*I);
1179       ++NumDeadInst;
1180       MadeIRChange = true;
1181       continue;
1182     }
1183
1184     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
1185     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
1186       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, TD)) {
1187         DEBUG(errs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
1188
1189         // Add operands to the worklist.
1190         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1191         ++NumConstProp;
1192         EraseInstFromFunction(*I);
1193         MadeIRChange = true;
1194         continue;
1195       }
1196
1197     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
1198     if (I->hasOneUse()) {
1199       BasicBlock *BB = I->getParent();
1200       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(I->use_back());
1201       BasicBlock *UserParent;
1202       
1203       // Get the block the use occurs in.
1204       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
1205         UserParent = PN->getIncomingBlock(I->use_begin().getUse());
1206       else
1207         UserParent = UserInst->getParent();
1208       
1209       if (UserParent != BB) {
1210         bool UserIsSuccessor = false;
1211         // See if the user is one of our successors.
1212         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
1213           if (*SI == UserParent) {
1214             UserIsSuccessor = true;
1215             break;
1216           }
1217
1218         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
1219         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
1220         // otherwise), we can keep going.
1221         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor())
1222           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
1223           MadeIRChange |= TryToSinkInstruction(I, UserParent);
1224       }
1225     }
1226
1227     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
1228     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
1229     
1230 #ifndef NDEBUG
1231     std::string OrigI;
1232 #endif
1233     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
1234     DEBUG(errs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
1235
1236     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
1237       ++NumCombined;
1238       // Should we replace the old instruction with a new one?
1239       if (Result != I) {
1240         DEBUG(errs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
1241                      << "    New = " << *Result << '\n');
1242
1243         // Everything uses the new instruction now.
1244         I->replaceAllUsesWith(Result);
1245
1246         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
1247         Worklist.Add(Result);
1248         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
1249
1250         // Move the name to the new instruction first.
1251         Result->takeName(I);
1252
1253         // Insert the new instruction into the basic block...
1254         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
1255         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
1256
1257         if (!isa<PHINode>(Result))        // If combining a PHI, don't insert
1258           while (isa<PHINode>(InsertPos)) // middle of a block of PHIs.
1259             ++InsertPos;
1260
1261         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
1262
1263         EraseInstFromFunction(*I);
1264       } else {
1265 #ifndef NDEBUG
1266         DEBUG(errs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
1267                      << "    New = " << *I << '\n');
1268 #endif
1269
1270         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
1271         // if so, remove it.
1272         if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1273           EraseInstFromFunction(*I);
1274         } else {
1275           Worklist.Add(I);
1276           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
1277         }
1278       }
1279       MadeIRChange = true;
1280     }
1281   }
1282
1283   Worklist.Zap();
1284   return MadeIRChange;
1285 }
1286
1287
1288 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
1289   MustPreserveLCSSA = mustPreserveAnalysisID(LCSSAID);
1290   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1291
1292   
1293   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
1294   /// instructions into the worklist when they are created.
1295   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter> 
1296     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(TD),
1297                InstCombineIRInserter(Worklist));
1298   Builder = &TheBuilder;
1299   
1300   bool EverMadeChange = false;
1301
1302   // Iterate while there is work to do.
1303   unsigned Iteration = 0;
1304   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
1305     EverMadeChange = true;
1306   
1307   Builder = 0;
1308   return EverMadeChange;
1309 }
1310
1311 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
1312   return new InstCombiner();
1313 }