[InstCombine] re-commit r218721 with fix for pr21199
[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/AssumptionTracker.h"
43 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
44 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
45 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
46 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
47 #include "llvm/IR/CFG.h"
48 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
49 #include "llvm/IR/Dominators.h"
50 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
51 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
52 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
53 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
54 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
55 #include "llvm/Support/Debug.h"
56 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
57 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
58 #include <algorithm>
59 #include <climits>
60 using namespace llvm;
61 using namespace llvm::PatternMatch;
62
63 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
64
65 STATISTIC(NumCombined , "Number of insts combined");
66 STATISTIC(NumConstProp, "Number of constant folds");
67 STATISTIC(NumDeadInst , "Number of dead inst eliminated");
68 STATISTIC(NumSunkInst , "Number of instructions sunk");
69 STATISTIC(NumExpand,    "Number of expansions");
70 STATISTIC(NumFactor   , "Number of factorizations");
71 STATISTIC(NumReassoc  , "Number of reassociations");
72
73 static cl::opt<bool>
74     EnableUnsafeFPShrink("enable-double-float-shrink", cl::Hidden,
75                          cl::init(false),
76                          cl::desc("Enable unsafe double to float "
77                                   "shrinking for math lib calls"));
78
79 // Initialization Routines
80 void llvm::initializeInstCombine(PassRegistry &Registry) {
81   initializeInstCombinerPass(Registry);
82 }
83
84 void LLVMInitializeInstCombine(LLVMPassRegistryRef R) {
85   initializeInstCombine(*unwrap(R));
86 }
87
88 char InstCombiner::ID = 0;
89 INITIALIZE_PASS_BEGIN(InstCombiner, "instcombine",
90                 "Combine redundant instructions", false, false)
91 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionTracker)
92 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
93 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
94 INITIALIZE_PASS_END(InstCombiner, "instcombine",
95                 "Combine redundant instructions", false, false)
96
97 void InstCombiner::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
98   AU.setPreservesCFG();
99   AU.addRequired<AssumptionTracker>();
100   AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
101   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
102   AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
103 }
104
105
106 Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
107   return llvm::EmitGEPOffset(Builder, *getDataLayout(), GEP);
108 }
109
110 /// ShouldChangeType - Return true if it is desirable to convert a computation
111 /// from 'From' to 'To'.  We don't want to convert from a legal to an illegal
112 /// type for example, or from a smaller to a larger illegal type.
113 bool InstCombiner::ShouldChangeType(Type *From, Type *To) const {
114   assert(From->isIntegerTy() && To->isIntegerTy());
115
116   // If we don't have DL, we don't know if the source/dest are legal.
117   if (!DL) return false;
118
119   unsigned FromWidth = From->getPrimitiveSizeInBits();
120   unsigned ToWidth = To->getPrimitiveSizeInBits();
121   bool FromLegal = DL->isLegalInteger(FromWidth);
122   bool ToLegal = DL->isLegalInteger(ToWidth);
123
124   // If this is a legal integer from type, and the result would be an illegal
125   // type, don't do the transformation.
126   if (FromLegal && !ToLegal)
127     return false;
128
129   // Otherwise, if both are illegal, do not increase the size of the result. We
130   // do allow things like i160 -> i64, but not i64 -> i160.
131   if (!FromLegal && !ToLegal && ToWidth > FromWidth)
132     return false;
133
134   return true;
135 }
136
137 // Return true, if No Signed Wrap should be maintained for I.
138 // The No Signed Wrap flag can be kept if the operation "B (I.getOpcode) C",
139 // where both B and C should be ConstantInts, results in a constant that does
140 // not overflow. This function only handles the Add and Sub opcodes. For
141 // all other opcodes, the function conservatively returns false.
142 static bool MaintainNoSignedWrap(BinaryOperator &I, Value *B, Value *C) {
143   OverflowingBinaryOperator *OBO = dyn_cast<OverflowingBinaryOperator>(&I);
144   if (!OBO || !OBO->hasNoSignedWrap()) {
145     return false;
146   }
147
148   // We reason about Add and Sub Only.
149   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
150   if (Opcode != Instruction::Add &&
151       Opcode != Instruction::Sub) {
152     return false;
153   }
154
155   ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(B);
156   ConstantInt *CC = dyn_cast<ConstantInt>(C);
157
158   if (!CB || !CC) {
159     return false;
160   }
161
162   const APInt &BVal = CB->getValue();
163   const APInt &CVal = CC->getValue();
164   bool Overflow = false;
165
166   if (Opcode == Instruction::Add) {
167     BVal.sadd_ov(CVal, Overflow);
168   } else {
169     BVal.ssub_ov(CVal, Overflow);
170   }
171
172   return !Overflow;
173 }
174
175 /// Conservatively clears subclassOptionalData after a reassociation or
176 /// commutation. We preserve fast-math flags when applicable as they can be
177 /// preserved.
178 static void ClearSubclassDataAfterReassociation(BinaryOperator &I) {
179   FPMathOperator *FPMO = dyn_cast<FPMathOperator>(&I);
180   if (!FPMO) {
181     I.clearSubclassOptionalData();
182     return;
183   }
184
185   FastMathFlags FMF = I.getFastMathFlags();
186   I.clearSubclassOptionalData();
187   I.setFastMathFlags(FMF);
188 }
189
190 /// SimplifyAssociativeOrCommutative - This performs a few simplifications for
191 /// operators which are associative or commutative:
192 //
193 //  Commutative operators:
194 //
195 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
196 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
197 //     binary operators.
198 //
199 //  Associative operators:
200 //
201 //  2. Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
202 //  3. Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
203 //
204 //  Associative and commutative operators:
205 //
206 //  4. Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
207 //  5. Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
208 //  6. Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
209 //     if C1 and C2 are constants.
210 //
211 bool InstCombiner::SimplifyAssociativeOrCommutative(BinaryOperator &I) {
212   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
213   bool Changed = false;
214
215   do {
216     // Order operands such that they are listed from right (least complex) to
217     // left (most complex).  This puts constants before unary operators before
218     // binary operators.
219     if (I.isCommutative() && getComplexity(I.getOperand(0)) <
220         getComplexity(I.getOperand(1)))
221       Changed = !I.swapOperands();
222
223     BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0));
224     BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1));
225
226     if (I.isAssociative()) {
227       // Transform: "(A op B) op C" ==> "A op (B op C)" if "B op C" simplifies.
228       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
229         Value *A = Op0->getOperand(0);
230         Value *B = Op0->getOperand(1);
231         Value *C = I.getOperand(1);
232
233         // Does "B op C" simplify?
234         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, B, C, DL)) {
235           // It simplifies to V.  Form "A op V".
236           I.setOperand(0, A);
237           I.setOperand(1, V);
238           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
239           // preserved by the reassociation.
240           if (MaintainNoSignedWrap(I, B, C) &&
241               (!Op0 || (isa<BinaryOperator>(Op0) && Op0->hasNoSignedWrap()))) {
242             // Note: this is only valid because SimplifyBinOp doesn't look at
243             // the operands to Op0.
244             I.clearSubclassOptionalData();
245             I.setHasNoSignedWrap(true);
246           } else {
247             ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
248           }
249
250           Changed = true;
251           ++NumReassoc;
252           continue;
253         }
254       }
255
256       // Transform: "A op (B op C)" ==> "(A op B) op C" if "A op B" simplifies.
257       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
258         Value *A = I.getOperand(0);
259         Value *B = Op1->getOperand(0);
260         Value *C = Op1->getOperand(1);
261
262         // Does "A op B" simplify?
263         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, A, B, DL)) {
264           // It simplifies to V.  Form "V op C".
265           I.setOperand(0, V);
266           I.setOperand(1, C);
267           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
268           // preserved by the reassociation.
269           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
270           Changed = true;
271           ++NumReassoc;
272           continue;
273         }
274       }
275     }
276
277     if (I.isAssociative() && I.isCommutative()) {
278       // Transform: "(A op B) op C" ==> "(C op A) op B" if "C op A" simplifies.
279       if (Op0 && Op0->getOpcode() == Opcode) {
280         Value *A = Op0->getOperand(0);
281         Value *B = Op0->getOperand(1);
282         Value *C = I.getOperand(1);
283
284         // Does "C op A" simplify?
285         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
286           // It simplifies to V.  Form "V op B".
287           I.setOperand(0, V);
288           I.setOperand(1, B);
289           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
290           // preserved by the reassociation.
291           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
292           Changed = true;
293           ++NumReassoc;
294           continue;
295         }
296       }
297
298       // Transform: "A op (B op C)" ==> "B op (C op A)" if "C op A" simplifies.
299       if (Op1 && Op1->getOpcode() == Opcode) {
300         Value *A = I.getOperand(0);
301         Value *B = Op1->getOperand(0);
302         Value *C = Op1->getOperand(1);
303
304         // Does "C op A" simplify?
305         if (Value *V = SimplifyBinOp(Opcode, C, A, DL)) {
306           // It simplifies to V.  Form "B op V".
307           I.setOperand(0, B);
308           I.setOperand(1, V);
309           // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
310           // preserved by the reassociation.
311           ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
312           Changed = true;
313           ++NumReassoc;
314           continue;
315         }
316       }
317
318       // Transform: "(A op C1) op (B op C2)" ==> "(A op B) op (C1 op C2)"
319       // if C1 and C2 are constants.
320       if (Op0 && Op1 &&
321           Op0->getOpcode() == Opcode && Op1->getOpcode() == Opcode &&
322           isa<Constant>(Op0->getOperand(1)) &&
323           isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
324           Op0->hasOneUse() && Op1->hasOneUse()) {
325         Value *A = Op0->getOperand(0);
326         Constant *C1 = cast<Constant>(Op0->getOperand(1));
327         Value *B = Op1->getOperand(0);
328         Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
329
330         Constant *Folded = ConstantExpr::get(Opcode, C1, C2);
331         BinaryOperator *New = BinaryOperator::Create(Opcode, A, B);
332         if (isa<FPMathOperator>(New)) {
333           FastMathFlags Flags = I.getFastMathFlags();
334           Flags &= Op0->getFastMathFlags();
335           Flags &= Op1->getFastMathFlags();
336           New->setFastMathFlags(Flags);
337         }
338         InsertNewInstWith(New, I);
339         New->takeName(Op1);
340         I.setOperand(0, New);
341         I.setOperand(1, Folded);
342         // Conservatively clear the optional flags, since they may not be
343         // preserved by the reassociation.
344         ClearSubclassDataAfterReassociation(I);
345
346         Changed = true;
347         continue;
348       }
349     }
350
351     // No further simplifications.
352     return Changed;
353   } while (1);
354 }
355
356 /// LeftDistributesOverRight - Whether "X LOp (Y ROp Z)" is always equal to
357 /// "(X LOp Y) ROp (X LOp Z)".
358 static bool LeftDistributesOverRight(Instruction::BinaryOps LOp,
359                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
360   switch (LOp) {
361   default:
362     return false;
363
364   case Instruction::And:
365     // And distributes over Or and Xor.
366     switch (ROp) {
367     default:
368       return false;
369     case Instruction::Or:
370     case Instruction::Xor:
371       return true;
372     }
373
374   case Instruction::Mul:
375     // Multiplication distributes over addition and subtraction.
376     switch (ROp) {
377     default:
378       return false;
379     case Instruction::Add:
380     case Instruction::Sub:
381       return true;
382     }
383
384   case Instruction::Or:
385     // Or distributes over And.
386     switch (ROp) {
387     default:
388       return false;
389     case Instruction::And:
390       return true;
391     }
392   }
393 }
394
395 /// RightDistributesOverLeft - Whether "(X LOp Y) ROp Z" is always equal to
396 /// "(X ROp Z) LOp (Y ROp Z)".
397 static bool RightDistributesOverLeft(Instruction::BinaryOps LOp,
398                                      Instruction::BinaryOps ROp) {
399   if (Instruction::isCommutative(ROp))
400     return LeftDistributesOverRight(ROp, LOp);
401
402   switch (LOp) {
403   default:
404     return false;
405   // (X >> Z) & (Y >> Z)  -> (X&Y) >> Z  for all shifts.
406   // (X >> Z) | (Y >> Z)  -> (X|Y) >> Z  for all shifts.
407   // (X >> Z) ^ (Y >> Z)  -> (X^Y) >> Z  for all shifts.
408   case Instruction::And:
409   case Instruction::Or:
410   case Instruction::Xor:
411     switch (ROp) {
412     default:
413       return false;
414     case Instruction::Shl:
415     case Instruction::LShr:
416     case Instruction::AShr:
417       return true;
418     }
419   }
420   // TODO: It would be nice to handle division, aka "(X + Y)/Z = X/Z + Y/Z",
421   // but this requires knowing that the addition does not overflow and other
422   // such subtleties.
423   return false;
424 }
425
426 /// This function returns identity value for given opcode, which can be used to
427 /// factor patterns like (X * 2) + X ==> (X * 2) + (X * 1) ==> X * (2 + 1).
428 static Value *getIdentityValue(Instruction::BinaryOps OpCode, Value *V) {
429   if (isa<Constant>(V))
430     return nullptr;
431
432   if (OpCode == Instruction::Mul)
433     return ConstantInt::get(V->getType(), 1);
434
435   // TODO: We can handle other cases e.g. Instruction::And, Instruction::Or etc.
436
437   return nullptr;
438 }
439
440 /// This function factors binary ops which can be combined using distributive
441 /// laws. This function tries to transform 'Op' based TopLevelOpcode to enable
442 /// factorization e.g for ADD(SHL(X , 2), MUL(X, 5)), When this function called
443 /// with TopLevelOpcode == Instruction::Add and Op = SHL(X, 2), transforms
444 /// SHL(X, 2) to MUL(X, 4) i.e. returns Instruction::Mul with LHS set to 'X' and
445 /// RHS to 4.
446 static Instruction::BinaryOps
447 getBinOpsForFactorization(Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode,
448                           BinaryOperator *Op, Value *&LHS, Value *&RHS) {
449   if (!Op)
450     return Instruction::BinaryOpsEnd;
451
452   LHS = Op->getOperand(0);
453   RHS = Op->getOperand(1);
454
455   switch (TopLevelOpcode) {
456   default:
457     return Op->getOpcode();
458
459   case Instruction::Add:
460   case Instruction::Sub:
461     if (Op->getOpcode() == Instruction::Shl) {
462       if (Constant *CST = dyn_cast<Constant>(Op->getOperand(1))) {
463         // The multiplier is really 1 << CST.
464         RHS = ConstantExpr::getShl(ConstantInt::get(Op->getType(), 1), CST);
465         return Instruction::Mul;
466       }
467     }
468     return Op->getOpcode();
469   }
470
471   // TODO: We can add other conversions e.g. shr => div etc.
472 }
473
474 /// This tries to simplify binary operations by factorizing out common terms
475 /// (e. g. "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)").
476 static Value *tryFactorization(InstCombiner::BuilderTy *Builder,
477                                const DataLayout *DL, BinaryOperator &I,
478                                Instruction::BinaryOps InnerOpcode, Value *A,
479                                Value *B, Value *C, Value *D) {
480
481   // If any of A, B, C, D are null, we can not factor I, return early.
482   // Checking A and C should be enough.
483   if (!A || !C || !B || !D)
484     return nullptr;
485
486   Value *SimplifiedInst = nullptr;
487   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
488   Instruction::BinaryOps TopLevelOpcode = I.getOpcode();
489
490   // Does "X op' Y" always equal "Y op' X"?
491   bool InnerCommutative = Instruction::isCommutative(InnerOpcode);
492
493   // Does "X op' (Y op Z)" always equal "(X op' Y) op (X op' Z)"?
494   if (LeftDistributesOverRight(InnerOpcode, TopLevelOpcode))
495     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (A op' D)" or, in the
496     // commutative case, "(A op' B) op (C op' A)"?
497     if (A == C || (InnerCommutative && A == D)) {
498       if (A != C)
499         std::swap(C, D);
500       // Consider forming "A op' (B op D)".
501       // If "B op D" simplifies then it can be formed with no cost.
502       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, D, DL);
503       // If "B op D" doesn't simplify then only go on if both of the existing
504       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
505       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
506         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, B, D, RHS->getName());
507       if (V) {
508         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, A, V);
509       }
510     }
511
512   // Does "(X op Y) op' Z" always equal "(X op' Z) op (Y op' Z)"?
513   if (!SimplifiedInst && RightDistributesOverLeft(TopLevelOpcode, InnerOpcode))
514     // Does the instruction have the form "(A op' B) op (C op' B)" or, in the
515     // commutative case, "(A op' B) op (B op' D)"?
516     if (B == D || (InnerCommutative && B == C)) {
517       if (B != D)
518         std::swap(C, D);
519       // Consider forming "(A op C) op' B".
520       // If "A op C" simplifies then it can be formed with no cost.
521       Value *V = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL);
522
523       // If "A op C" doesn't simplify then only go on if both of the existing
524       // operations "A op' B" and "C op' D" will be zapped as no longer used.
525       if (!V && LHS->hasOneUse() && RHS->hasOneUse())
526         V = Builder->CreateBinOp(TopLevelOpcode, A, C, LHS->getName());
527       if (V) {
528         SimplifiedInst = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, V, B);
529       }
530     }
531
532   if (SimplifiedInst) {
533     ++NumFactor;
534     SimplifiedInst->takeName(&I);
535
536     // Check if we can add NSW flag to SimplifiedInst. If so, set NSW flag.
537     // TODO: Check for NUW.
538     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
539       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(SimplifiedInst)) {
540         bool HasNSW = false;
541         if (isa<OverflowingBinaryOperator>(&I))
542           HasNSW = I.hasNoSignedWrap();
543
544         if (BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS))
545           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op0))
546             HasNSW &= Op0->hasNoSignedWrap();
547
548         if (BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS))
549           if (isa<OverflowingBinaryOperator>(Op1))
550             HasNSW &= Op1->hasNoSignedWrap();
551         BO->setHasNoSignedWrap(HasNSW);
552       }
553     }
554   }
555   return SimplifiedInst;
556 }
557
558 /// SimplifyUsingDistributiveLaws - This tries to simplify binary operations
559 /// which some other binary operation distributes over either by factorizing
560 /// out common terms (eg "(A*B)+(A*C)" -> "A*(B+C)") or expanding out if this
561 /// results in simplifications (eg: "A & (B | C) -> (A&B) | (A&C)" if this is
562 /// a win).  Returns the simplified value, or null if it didn't simplify.
563 Value *InstCombiner::SimplifyUsingDistributiveLaws(BinaryOperator &I) {
564   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
565   BinaryOperator *Op0 = dyn_cast<BinaryOperator>(LHS);
566   BinaryOperator *Op1 = dyn_cast<BinaryOperator>(RHS);
567
568   // Factorization.
569   Value *A = nullptr, *B = nullptr, *C = nullptr, *D = nullptr;
570   auto TopLevelOpcode = I.getOpcode();
571   auto LHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op0, A, B);
572   auto RHSOpcode = getBinOpsForFactorization(TopLevelOpcode, Op1, C, D);
573
574   // The instruction has the form "(A op' B) op (C op' D)".  Try to factorize
575   // a common term.
576   if (LHSOpcode == RHSOpcode) {
577     if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, C, D))
578       return V;
579   }
580
581   // The instruction has the form "(A op' B) op (C)".  Try to factorize common
582   // term.
583   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, LHSOpcode, A, B, RHS,
584                                   getIdentityValue(LHSOpcode, RHS)))
585     return V;
586
587   // The instruction has the form "(B) op (C op' D)".  Try to factorize common
588   // term.
589   if (Value *V = tryFactorization(Builder, DL, I, RHSOpcode, LHS,
590                                   getIdentityValue(RHSOpcode, LHS), C, D))
591     return V;
592
593   // Expansion.
594   if (Op0 && RightDistributesOverLeft(Op0->getOpcode(), TopLevelOpcode)) {
595     // The instruction has the form "(A op' B) op C".  See if expanding it out
596     // to "(A op C) op' (B op C)" results in simplifications.
597     Value *A = Op0->getOperand(0), *B = Op0->getOperand(1), *C = RHS;
598     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op0->getOpcode(); // op'
599
600     // Do "A op C" and "B op C" both simplify?
601     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL))
602       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, B, C, DL)) {
603         // They do! Return "L op' R".
604         ++NumExpand;
605         // If "L op' R" equals "A op' B" then "L op' R" is just the LHS.
606         if ((L == A && R == B) ||
607             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == B && R == A))
608           return Op0;
609         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
610         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
611           return V;
612         // Otherwise, create a new instruction.
613         C = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
614         C->takeName(&I);
615         return C;
616       }
617   }
618
619   if (Op1 && LeftDistributesOverRight(TopLevelOpcode, Op1->getOpcode())) {
620     // The instruction has the form "A op (B op' C)".  See if expanding it out
621     // to "(A op B) op' (A op C)" results in simplifications.
622     Value *A = LHS, *B = Op1->getOperand(0), *C = Op1->getOperand(1);
623     Instruction::BinaryOps InnerOpcode = Op1->getOpcode(); // op'
624
625     // Do "A op B" and "A op C" both simplify?
626     if (Value *L = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, B, DL))
627       if (Value *R = SimplifyBinOp(TopLevelOpcode, A, C, DL)) {
628         // They do! Return "L op' R".
629         ++NumExpand;
630         // If "L op' R" equals "B op' C" then "L op' R" is just the RHS.
631         if ((L == B && R == C) ||
632             (Instruction::isCommutative(InnerOpcode) && L == C && R == B))
633           return Op1;
634         // Otherwise return "L op' R" if it simplifies.
635         if (Value *V = SimplifyBinOp(InnerOpcode, L, R, DL))
636           return V;
637         // Otherwise, create a new instruction.
638         A = Builder->CreateBinOp(InnerOpcode, L, R);
639         A->takeName(&I);
640         return A;
641       }
642   }
643
644   return nullptr;
645 }
646
647 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
648 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
649 //
650 Value *InstCombiner::dyn_castNegVal(Value *V) const {
651   if (BinaryOperator::isNeg(V))
652     return BinaryOperator::getNegArgument(V);
653
654   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
655   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V))
656     return ConstantExpr::getNeg(C);
657
658   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
659     if (C->getType()->getElementType()->isIntegerTy())
660       return ConstantExpr::getNeg(C);
661
662   return nullptr;
663 }
664
665 // dyn_castFNegVal - Given a 'fsub' instruction, return the RHS of the
666 // instruction if the LHS is a constant negative zero (which is the 'negate'
667 // form).
668 //
669 Value *InstCombiner::dyn_castFNegVal(Value *V, bool IgnoreZeroSign) const {
670   if (BinaryOperator::isFNeg(V, IgnoreZeroSign))
671     return BinaryOperator::getFNegArgument(V);
672
673   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded.
674   if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V))
675     return ConstantExpr::getFNeg(C);
676
677   if (ConstantDataVector *C = dyn_cast<ConstantDataVector>(V))
678     if (C->getType()->getElementType()->isFloatingPointTy())
679       return ConstantExpr::getFNeg(C);
680
681   return nullptr;
682 }
683
684 static Value *FoldOperationIntoSelectOperand(Instruction &I, Value *SO,
685                                              InstCombiner *IC) {
686   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(&I)) {
687     return IC->Builder->CreateCast(CI->getOpcode(), SO, I.getType());
688   }
689
690   // Figure out if the constant is the left or the right argument.
691   bool ConstIsRHS = isa<Constant>(I.getOperand(1));
692   Constant *ConstOperand = cast<Constant>(I.getOperand(ConstIsRHS));
693
694   if (Constant *SOC = dyn_cast<Constant>(SO)) {
695     if (ConstIsRHS)
696       return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), SOC, ConstOperand);
697     return ConstantExpr::get(I.getOpcode(), ConstOperand, SOC);
698   }
699
700   Value *Op0 = SO, *Op1 = ConstOperand;
701   if (!ConstIsRHS)
702     std::swap(Op0, Op1);
703
704   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(&I)) {
705     Value *RI = IC->Builder->CreateBinOp(BO->getOpcode(), Op0, Op1,
706                                     SO->getName()+".op");
707     Instruction *FPInst = dyn_cast<Instruction>(RI);
708     if (FPInst && isa<FPMathOperator>(FPInst))
709       FPInst->copyFastMathFlags(BO);
710     return RI;
711   }
712   if (ICmpInst *CI = dyn_cast<ICmpInst>(&I))
713     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
714                                    SO->getName()+".cmp");
715   if (FCmpInst *CI = dyn_cast<FCmpInst>(&I))
716     return IC->Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), Op0, Op1,
717                                    SO->getName()+".cmp");
718   llvm_unreachable("Unknown binary instruction type!");
719 }
720
721 // FoldOpIntoSelect - Given an instruction with a select as one operand and a
722 // constant as the other operand, try to fold the binary operator into the
723 // select arguments.  This also works for Cast instructions, which obviously do
724 // not have a second operand.
725 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoSelect(Instruction &Op, SelectInst *SI) {
726   // Don't modify shared select instructions
727   if (!SI->hasOneUse()) return nullptr;
728   Value *TV = SI->getOperand(1);
729   Value *FV = SI->getOperand(2);
730
731   if (isa<Constant>(TV) || isa<Constant>(FV)) {
732     // Bool selects with constant operands can be folded to logical ops.
733     if (SI->getType()->isIntegerTy(1)) return nullptr;
734
735     // If it's a bitcast involving vectors, make sure it has the same number of
736     // elements on both sides.
737     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(&Op)) {
738       VectorType *DestTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getDestTy());
739       VectorType *SrcTy = dyn_cast<VectorType>(BC->getSrcTy());
740
741       // Verify that either both or neither are vectors.
742       if ((SrcTy == nullptr) != (DestTy == nullptr)) return nullptr;
743       // If vectors, verify that they have the same number of elements.
744       if (SrcTy && SrcTy->getNumElements() != DestTy->getNumElements())
745         return nullptr;
746     }
747
748     Value *SelectTrueVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, TV, this);
749     Value *SelectFalseVal = FoldOperationIntoSelectOperand(Op, FV, this);
750
751     return SelectInst::Create(SI->getCondition(),
752                               SelectTrueVal, SelectFalseVal);
753   }
754   return nullptr;
755 }
756
757
758 /// FoldOpIntoPhi - Given a binary operator, cast instruction, or select which
759 /// has a PHI node as operand #0, see if we can fold the instruction into the
760 /// PHI (which is only possible if all operands to the PHI are constants).
761 ///
762 Instruction *InstCombiner::FoldOpIntoPhi(Instruction &I) {
763   PHINode *PN = cast<PHINode>(I.getOperand(0));
764   unsigned NumPHIValues = PN->getNumIncomingValues();
765   if (NumPHIValues == 0)
766     return nullptr;
767
768   // We normally only transform phis with a single use.  However, if a PHI has
769   // multiple uses and they are all the same operation, we can fold *all* of the
770   // uses into the PHI.
771   if (!PN->hasOneUse()) {
772     // Walk the use list for the instruction, comparing them to I.
773     for (User *U : PN->users()) {
774       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
775       if (UI != &I && !I.isIdenticalTo(UI))
776         return nullptr;
777     }
778     // Otherwise, we can replace *all* users with the new PHI we form.
779   }
780
781   // Check to see if all of the operands of the PHI are simple constants
782   // (constantint/constantfp/undef).  If there is one non-constant value,
783   // remember the BB it is in.  If there is more than one or if *it* is a PHI,
784   // bail out.  We don't do arbitrary constant expressions here because moving
785   // their computation can be expensive without a cost model.
786   BasicBlock *NonConstBB = nullptr;
787   for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
788     Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
789     if (isa<Constant>(InVal) && !isa<ConstantExpr>(InVal))
790       continue;
791
792     if (isa<PHINode>(InVal)) return nullptr;  // Itself a phi.
793     if (NonConstBB) return nullptr;  // More than one non-const value.
794
795     NonConstBB = PN->getIncomingBlock(i);
796
797     // If the InVal is an invoke at the end of the pred block, then we can't
798     // insert a computation after it without breaking the edge.
799     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InVal))
800       if (II->getParent() == NonConstBB)
801         return nullptr;
802
803     // If the incoming non-constant value is in I's block, we will remove one
804     // instruction, but insert another equivalent one, leading to infinite
805     // instcombine.
806     if (NonConstBB == I.getParent())
807       return nullptr;
808   }
809
810   // If there is exactly one non-constant value, we can insert a copy of the
811   // operation in that block.  However, if this is a critical edge, we would be
812   // inserting the computation one some other paths (e.g. inside a loop).  Only
813   // do this if the pred block is unconditionally branching into the phi block.
814   if (NonConstBB != nullptr) {
815     BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(NonConstBB->getTerminator());
816     if (!BI || !BI->isUnconditional()) return nullptr;
817   }
818
819   // Okay, we can do the transformation: create the new PHI node.
820   PHINode *NewPN = PHINode::Create(I.getType(), PN->getNumIncomingValues());
821   InsertNewInstBefore(NewPN, *PN);
822   NewPN->takeName(PN);
823
824   // If we are going to have to insert a new computation, do so right before the
825   // predecessors terminator.
826   if (NonConstBB)
827     Builder->SetInsertPoint(NonConstBB->getTerminator());
828
829   // Next, add all of the operands to the PHI.
830   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(&I)) {
831     // We only currently try to fold the condition of a select when it is a phi,
832     // not the true/false values.
833     Value *TrueV = SI->getTrueValue();
834     Value *FalseV = SI->getFalseValue();
835     BasicBlock *PhiTransBB = PN->getParent();
836     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
837       BasicBlock *ThisBB = PN->getIncomingBlock(i);
838       Value *TrueVInPred = TrueV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
839       Value *FalseVInPred = FalseV->DoPHITranslation(PhiTransBB, ThisBB);
840       Value *InV = nullptr;
841       // Beware of ConstantExpr:  it may eventually evaluate to getNullValue,
842       // even if currently isNullValue gives false.
843       Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
844       if (InC && !isa<ConstantExpr>(InC))
845         InV = InC->isNullValue() ? FalseVInPred : TrueVInPred;
846       else
847         InV = Builder->CreateSelect(PN->getIncomingValue(i),
848                                     TrueVInPred, FalseVInPred, "phitmp");
849       NewPN->addIncoming(InV, ThisBB);
850     }
851   } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(&I)) {
852     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
853     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
854       Value *InV = nullptr;
855       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
856         InV = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(), InC, C);
857       else if (isa<ICmpInst>(CI))
858         InV = Builder->CreateICmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
859                                   C, "phitmp");
860       else
861         InV = Builder->CreateFCmp(CI->getPredicate(), PN->getIncomingValue(i),
862                                   C, "phitmp");
863       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
864     }
865   } else if (I.getNumOperands() == 2) {
866     Constant *C = cast<Constant>(I.getOperand(1));
867     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
868       Value *InV = nullptr;
869       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
870         InV = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), InC, C);
871       else
872         InV = Builder->CreateBinOp(cast<BinaryOperator>(I).getOpcode(),
873                                    PN->getIncomingValue(i), C, "phitmp");
874       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
875     }
876   } else {
877     CastInst *CI = cast<CastInst>(&I);
878     Type *RetTy = CI->getType();
879     for (unsigned i = 0; i != NumPHIValues; ++i) {
880       Value *InV;
881       if (Constant *InC = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i)))
882         InV = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), InC, RetTy);
883       else
884         InV = Builder->CreateCast(CI->getOpcode(),
885                                 PN->getIncomingValue(i), I.getType(), "phitmp");
886       NewPN->addIncoming(InV, PN->getIncomingBlock(i));
887     }
888   }
889
890   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
891     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
892     if (User == &I) continue;
893     ReplaceInstUsesWith(*User, NewPN);
894     EraseInstFromFunction(*User);
895   }
896   return ReplaceInstUsesWith(I, NewPN);
897 }
898
899 /// FindElementAtOffset - Given a pointer type and a constant offset, determine
900 /// whether or not there is a sequence of GEP indices into the pointed type that
901 /// will land us at the specified offset.  If so, fill them into NewIndices and
902 /// return the resultant element type, otherwise return null.
903 Type *InstCombiner::FindElementAtOffset(Type *PtrTy, int64_t Offset,
904                                         SmallVectorImpl<Value*> &NewIndices) {
905   assert(PtrTy->isPtrOrPtrVectorTy());
906
907   if (!DL)
908     return nullptr;
909
910   Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
911   if (!Ty->isSized())
912     return nullptr;
913
914   // Start with the index over the outer type.  Note that the type size
915   // might be zero (even if the offset isn't zero) if the indexed type
916   // is something like [0 x {int, int}]
917   Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(PtrTy);
918   int64_t FirstIdx = 0;
919   if (int64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty)) {
920     FirstIdx = Offset/TySize;
921     Offset -= FirstIdx*TySize;
922
923     // Handle hosts where % returns negative instead of values [0..TySize).
924     if (Offset < 0) {
925       --FirstIdx;
926       Offset += TySize;
927       assert(Offset >= 0);
928     }
929     assert((uint64_t)Offset < (uint64_t)TySize && "Out of range offset");
930   }
931
932   NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy, FirstIdx));
933
934   // Index into the types.  If we fail, set OrigBase to null.
935   while (Offset) {
936     // Indexing into tail padding between struct/array elements.
937     if (uint64_t(Offset*8) >= DL->getTypeSizeInBits(Ty))
938       return nullptr;
939
940     if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
941       const StructLayout *SL = DL->getStructLayout(STy);
942       assert(Offset < (int64_t)SL->getSizeInBytes() &&
943              "Offset must stay within the indexed type");
944
945       unsigned Elt = SL->getElementContainingOffset(Offset);
946       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Ty->getContext()),
947                                             Elt));
948
949       Offset -= SL->getElementOffset(Elt);
950       Ty = STy->getElementType(Elt);
951     } else if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
952       uint64_t EltSize = DL->getTypeAllocSize(AT->getElementType());
953       assert(EltSize && "Cannot index into a zero-sized array");
954       NewIndices.push_back(ConstantInt::get(IntPtrTy,Offset/EltSize));
955       Offset %= EltSize;
956       Ty = AT->getElementType();
957     } else {
958       // Otherwise, we can't index into the middle of this atomic type, bail.
959       return nullptr;
960     }
961   }
962
963   return Ty;
964 }
965
966 static bool shouldMergeGEPs(GEPOperator &GEP, GEPOperator &Src) {
967   // If this GEP has only 0 indices, it is the same pointer as
968   // Src. If Src is not a trivial GEP too, don't combine
969   // the indices.
970   if (GEP.hasAllZeroIndices() && !Src.hasAllZeroIndices() &&
971       !Src.hasOneUse())
972     return false;
973   return true;
974 }
975
976 /// Descale - Return a value X such that Val = X * Scale, or null if none.  If
977 /// the multiplication is known not to overflow then NoSignedWrap is set.
978 Value *InstCombiner::Descale(Value *Val, APInt Scale, bool &NoSignedWrap) {
979   assert(isa<IntegerType>(Val->getType()) && "Can only descale integers!");
980   assert(cast<IntegerType>(Val->getType())->getBitWidth() ==
981          Scale.getBitWidth() && "Scale not compatible with value!");
982
983   // If Val is zero or Scale is one then Val = Val * Scale.
984   if (match(Val, m_Zero()) || Scale == 1) {
985     NoSignedWrap = true;
986     return Val;
987   }
988
989   // If Scale is zero then it does not divide Val.
990   if (Scale.isMinValue())
991     return nullptr;
992
993   // Look through chains of multiplications, searching for a constant that is
994   // divisible by Scale.  For example, descaling X*(Y*(Z*4)) by a factor of 4
995   // will find the constant factor 4 and produce X*(Y*Z).  Descaling X*(Y*8) by
996   // a factor of 4 will produce X*(Y*2).  The principle of operation is to bore
997   // down from Val:
998   //
999   //     Val = M1 * X          ||   Analysis starts here and works down
1000   //      M1 = M2 * Y          ||   Doesn't descend into terms with more
1001   //      M2 =  Z * 4          \/   than one use
1002   //
1003   // Then to modify a term at the bottom:
1004   //
1005   //     Val = M1 * X
1006   //      M1 =  Z * Y          ||   Replaced M2 with Z
1007   //
1008   // Then to work back up correcting nsw flags.
1009
1010   // Op - the term we are currently analyzing.  Starts at Val then drills down.
1011   // Replaced with its descaled value before exiting from the drill down loop.
1012   Value *Op = Val;
1013
1014   // Parent - initially null, but after drilling down notes where Op came from.
1015   // In the example above, Parent is (Val, 0) when Op is M1, because M1 is the
1016   // 0'th operand of Val.
1017   std::pair<Instruction*, unsigned> Parent;
1018
1019   // RequireNoSignedWrap - Set if the transform requires a descaling at deeper
1020   // levels that doesn't overflow.
1021   bool RequireNoSignedWrap = false;
1022
1023   // logScale - log base 2 of the scale.  Negative if not a power of 2.
1024   int32_t logScale = Scale.exactLogBase2();
1025
1026   for (;; Op = Parent.first->getOperand(Parent.second)) { // Drill down
1027
1028     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
1029       // If Op is a constant divisible by Scale then descale to the quotient.
1030       APInt Quotient(Scale), Remainder(Scale); // Init ensures right bitwidth.
1031       APInt::sdivrem(CI->getValue(), Scale, Quotient, Remainder);
1032       if (!Remainder.isMinValue())
1033         // Not divisible by Scale.
1034         return nullptr;
1035       // Replace with the quotient in the parent.
1036       Op = ConstantInt::get(CI->getType(), Quotient);
1037       NoSignedWrap = true;
1038       break;
1039     }
1040
1041     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op)) {
1042
1043       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul) {
1044         // Multiplication.
1045         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1046         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1047           return nullptr;
1048
1049         // There are three cases for multiplication: multiplication by exactly
1050         // the scale, multiplication by a constant different to the scale, and
1051         // multiplication by something else.
1052         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1053         Value *RHS = BO->getOperand(1);
1054
1055         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
1056           // Multiplication by a constant.
1057           if (CI->getValue() == Scale) {
1058             // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1059             // by its left-hand side in the parent.
1060             Op = LHS;
1061             break;
1062           }
1063
1064           // Otherwise drill down into the constant.
1065           if (!Op->hasOneUse())
1066             return nullptr;
1067
1068           Parent = std::make_pair(BO, 1);
1069           continue;
1070         }
1071
1072         // Multiplication by something else. Drill down into the left-hand side
1073         // since that's where the reassociate pass puts the good stuff.
1074         if (!Op->hasOneUse())
1075           return nullptr;
1076
1077         Parent = std::make_pair(BO, 0);
1078         continue;
1079       }
1080
1081       if (logScale > 0 && BO->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1082           isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1083         // Multiplication by a power of 2.
1084         NoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1085         if (RequireNoSignedWrap && !NoSignedWrap)
1086           return nullptr;
1087
1088         Value *LHS = BO->getOperand(0);
1089         int32_t Amt = cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))->
1090           getLimitedValue(Scale.getBitWidth());
1091         // Op = LHS << Amt.
1092
1093         if (Amt == logScale) {
1094           // Multiplication by exactly the scale, replace the multiplication
1095           // by its left-hand side in the parent.
1096           Op = LHS;
1097           break;
1098         }
1099         if (Amt < logScale || !Op->hasOneUse())
1100           return nullptr;
1101
1102         // Multiplication by more than the scale.  Reduce the multiplying amount
1103         // by the scale in the parent.
1104         Parent = std::make_pair(BO, 1);
1105         Op = ConstantInt::get(BO->getType(), Amt - logScale);
1106         break;
1107       }
1108     }
1109
1110     if (!Op->hasOneUse())
1111       return nullptr;
1112
1113     if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(Op)) {
1114       if (Cast->getOpcode() == Instruction::SExt) {
1115         // Op is sign-extended from a smaller type, descale in the smaller type.
1116         unsigned SmallSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1117         APInt SmallScale = Scale.trunc(SmallSize);
1118         // Suppose Op = sext X, and we descale X as Y * SmallScale.  We want to
1119         // descale Op as (sext Y) * Scale.  In order to have
1120         //   sext (Y * SmallScale) = (sext Y) * Scale
1121         // some conditions need to hold however: SmallScale must sign-extend to
1122         // Scale and the multiplication Y * SmallScale should not overflow.
1123         if (SmallScale.sext(Scale.getBitWidth()) != Scale)
1124           // SmallScale does not sign-extend to Scale.
1125           return nullptr;
1126         assert(SmallScale.exactLogBase2() == logScale);
1127         // Require that Y * SmallScale must not overflow.
1128         RequireNoSignedWrap = true;
1129
1130         // Drill down through the cast.
1131         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1132         Scale = SmallScale;
1133         continue;
1134       }
1135
1136       if (Cast->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1137         // Op is truncated from a larger type, descale in the larger type.
1138         // Suppose Op = trunc X, and we descale X as Y * sext Scale.  Then
1139         //   trunc (Y * sext Scale) = (trunc Y) * Scale
1140         // always holds.  However (trunc Y) * Scale may overflow even if
1141         // trunc (Y * sext Scale) does not, so nsw flags need to be cleared
1142         // from this point up in the expression (see later).
1143         if (RequireNoSignedWrap)
1144           return nullptr;
1145
1146         // Drill down through the cast.
1147         unsigned LargeSize = Cast->getSrcTy()->getPrimitiveSizeInBits();
1148         Parent = std::make_pair(Cast, 0);
1149         Scale = Scale.sext(LargeSize);
1150         if (logScale + 1 == (int32_t)Cast->getType()->getPrimitiveSizeInBits())
1151           logScale = -1;
1152         assert(Scale.exactLogBase2() == logScale);
1153         continue;
1154       }
1155     }
1156
1157     // Unsupported expression, bail out.
1158     return nullptr;
1159   }
1160
1161   // If Op is zero then Val = Op * Scale.
1162   if (match(Op, m_Zero())) {
1163     NoSignedWrap = true;
1164     return Op;
1165   }
1166
1167   // We know that we can successfully descale, so from here on we can safely
1168   // modify the IR.  Op holds the descaled version of the deepest term in the
1169   // expression.  NoSignedWrap is 'true' if multiplying Op by Scale is known
1170   // not to overflow.
1171
1172   if (!Parent.first)
1173     // The expression only had one term.
1174     return Op;
1175
1176   // Rewrite the parent using the descaled version of its operand.
1177   assert(Parent.first->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1178   assert(Op != Parent.first->getOperand(Parent.second) &&
1179          "Descaling was a no-op?");
1180   Parent.first->setOperand(Parent.second, Op);
1181   Worklist.Add(Parent.first);
1182
1183   // Now work back up the expression correcting nsw flags.  The logic is based
1184   // on the following observation: if X * Y is known not to overflow as a signed
1185   // multiplication, and Y is replaced by a value Z with smaller absolute value,
1186   // then X * Z will not overflow as a signed multiplication either.  As we work
1187   // our way up, having NoSignedWrap 'true' means that the descaled value at the
1188   // current level has strictly smaller absolute value than the original.
1189   Instruction *Ancestor = Parent.first;
1190   do {
1191     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Ancestor)) {
1192       // If the multiplication wasn't nsw then we can't say anything about the
1193       // value of the descaled multiplication, and we have to clear nsw flags
1194       // from this point on up.
1195       bool OpNoSignedWrap = BO->hasNoSignedWrap();
1196       NoSignedWrap &= OpNoSignedWrap;
1197       if (NoSignedWrap != OpNoSignedWrap) {
1198         BO->setHasNoSignedWrap(NoSignedWrap);
1199         Worklist.Add(Ancestor);
1200       }
1201     } else if (Ancestor->getOpcode() == Instruction::Trunc) {
1202       // The fact that the descaled input to the trunc has smaller absolute
1203       // value than the original input doesn't tell us anything useful about
1204       // the absolute values of the truncations.
1205       NoSignedWrap = false;
1206     }
1207     assert((Ancestor->getOpcode() != Instruction::SExt || NoSignedWrap) &&
1208            "Failed to keep proper track of nsw flags while drilling down?");
1209
1210     if (Ancestor == Val)
1211       // Got to the top, all done!
1212       return Val;
1213
1214     // Move up one level in the expression.
1215     assert(Ancestor->hasOneUse() && "Drilled down when more than one use!");
1216     Ancestor = Ancestor->user_back();
1217   } while (1);
1218 }
1219
1220 /// \brief Creates node of binary operation with the same attributes as the
1221 /// specified one but with other operands.
1222 static Value *CreateBinOpAsGiven(BinaryOperator &Inst, Value *LHS, Value *RHS,
1223                                  InstCombiner::BuilderTy *B) {
1224   Value *BORes = B->CreateBinOp(Inst.getOpcode(), LHS, RHS);
1225   if (BinaryOperator *NewBO = dyn_cast<BinaryOperator>(BORes)) {
1226     if (isa<OverflowingBinaryOperator>(NewBO)) {
1227       NewBO->setHasNoSignedWrap(Inst.hasNoSignedWrap());
1228       NewBO->setHasNoUnsignedWrap(Inst.hasNoUnsignedWrap());
1229     }
1230     if (isa<PossiblyExactOperator>(NewBO))
1231       NewBO->setIsExact(Inst.isExact());
1232   }
1233   return BORes;
1234 }
1235
1236 /// \brief Makes transformation of binary operation specific for vector types.
1237 /// \param Inst Binary operator to transform.
1238 /// \return Pointer to node that must replace the original binary operator, or
1239 ///         null pointer if no transformation was made.
1240 Value *InstCombiner::SimplifyVectorOp(BinaryOperator &Inst) {
1241   if (!Inst.getType()->isVectorTy()) return nullptr;
1242
1243   // It may not be safe to reorder shuffles and things like div, urem, etc.
1244   // because we may trap when executing those ops on unknown vector elements.
1245   // See PR20059.
1246   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&Inst, DL)) return nullptr;
1247
1248   unsigned VWidth = cast<VectorType>(Inst.getType())->getNumElements();
1249   Value *LHS = Inst.getOperand(0), *RHS = Inst.getOperand(1);
1250   assert(cast<VectorType>(LHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1251   assert(cast<VectorType>(RHS->getType())->getNumElements() == VWidth);
1252
1253   // If both arguments of binary operation are shuffles, which use the same
1254   // mask and shuffle within a single vector, it is worthwhile to move the
1255   // shuffle after binary operation:
1256   //   Op(shuffle(v1, m), shuffle(v2, m)) -> shuffle(Op(v1, v2), m)
1257   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS) && isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) {
1258     ShuffleVectorInst *LShuf = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1259     ShuffleVectorInst *RShuf = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1260     if (isa<UndefValue>(LShuf->getOperand(1)) &&
1261         isa<UndefValue>(RShuf->getOperand(1)) &&
1262         LShuf->getOperand(0)->getType() == RShuf->getOperand(0)->getType() &&
1263         LShuf->getMask() == RShuf->getMask()) {
1264       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, LShuf->getOperand(0),
1265           RShuf->getOperand(0), Builder);
1266       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1267           UndefValue::get(NewBO->getType()), LShuf->getMask());
1268       return Res;
1269     }
1270   }
1271
1272   // If one argument is a shuffle within one vector, the other is a constant,
1273   // try moving the shuffle after the binary operation.
1274   ShuffleVectorInst *Shuffle = nullptr;
1275   Constant *C1 = nullptr;
1276   if (isa<ShuffleVectorInst>(LHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(LHS);
1277   if (isa<ShuffleVectorInst>(RHS)) Shuffle = cast<ShuffleVectorInst>(RHS);
1278   if (isa<Constant>(LHS)) C1 = cast<Constant>(LHS);
1279   if (isa<Constant>(RHS)) C1 = cast<Constant>(RHS);
1280   if (Shuffle && C1 &&
1281       (isa<ConstantVector>(C1) || isa<ConstantDataVector>(C1)) &&
1282       isa<UndefValue>(Shuffle->getOperand(1)) &&
1283       Shuffle->getType() == Shuffle->getOperand(0)->getType()) {
1284     SmallVector<int, 16> ShMask = Shuffle->getShuffleMask();
1285     // Find constant C2 that has property:
1286     //   shuffle(C2, ShMask) = C1
1287     // If such constant does not exist (example: ShMask=<0,0> and C1=<1,2>)
1288     // reorder is not possible.
1289     SmallVector<Constant*, 16> C2M(VWidth,
1290                                UndefValue::get(C1->getType()->getScalarType()));
1291     bool MayChange = true;
1292     for (unsigned I = 0; I < VWidth; ++I) {
1293       if (ShMask[I] >= 0) {
1294         assert(ShMask[I] < (int)VWidth);
1295         if (!isa<UndefValue>(C2M[ShMask[I]])) {
1296           MayChange = false;
1297           break;
1298         }
1299         C2M[ShMask[I]] = C1->getAggregateElement(I);
1300       }
1301     }
1302     if (MayChange) {
1303       Constant *C2 = ConstantVector::get(C2M);
1304       Value *NewLHS, *NewRHS;
1305       if (isa<Constant>(LHS)) {
1306         NewLHS = C2;
1307         NewRHS = Shuffle->getOperand(0);
1308       } else {
1309         NewLHS = Shuffle->getOperand(0);
1310         NewRHS = C2;
1311       }
1312       Value *NewBO = CreateBinOpAsGiven(Inst, NewLHS, NewRHS, Builder);
1313       Value *Res = Builder->CreateShuffleVector(NewBO,
1314           UndefValue::get(Inst.getType()), Shuffle->getMask());
1315       return Res;
1316     }
1317   }
1318
1319   return nullptr;
1320 }
1321
1322 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1323   SmallVector<Value*, 8> Ops(GEP.op_begin(), GEP.op_end());
1324
1325   if (Value *V = SimplifyGEPInst(Ops, DL, TLI, DT, AT))
1326     return ReplaceInstUsesWith(GEP, V);
1327
1328   Value *PtrOp = GEP.getOperand(0);
1329
1330   // Eliminate unneeded casts for indices, and replace indices which displace
1331   // by multiples of a zero size type with zero.
1332   if (DL) {
1333     bool MadeChange = false;
1334     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(GEP.getPointerOperandType());
1335
1336     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
1337     for (User::op_iterator I = GEP.op_begin() + 1, E = GEP.op_end();
1338          I != E; ++I, ++GTI) {
1339       // Skip indices into struct types.
1340       SequentialType *SeqTy = dyn_cast<SequentialType>(*GTI);
1341       if (!SeqTy) continue;
1342
1343       // If the element type has zero size then any index over it is equivalent
1344       // to an index of zero, so replace it with zero if it is not zero already.
1345       if (SeqTy->getElementType()->isSized() &&
1346           DL->getTypeAllocSize(SeqTy->getElementType()) == 0)
1347         if (!isa<Constant>(*I) || !cast<Constant>(*I)->isNullValue()) {
1348           *I = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
1349           MadeChange = true;
1350         }
1351
1352       Type *IndexTy = (*I)->getType();
1353       if (IndexTy != IntPtrTy) {
1354         // If we are using a wider index than needed for this platform, shrink
1355         // it to what we need.  If narrower, sign-extend it to what we need.
1356         // This explicit cast can make subsequent optimizations more obvious.
1357         *I = Builder->CreateIntCast(*I, IntPtrTy, true);
1358         MadeChange = true;
1359       }
1360     }
1361     if (MadeChange) return &GEP;
1362   }
1363
1364   // Check to see if the inputs to the PHI node are getelementptr instructions.
1365   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PtrOp)) {
1366     GetElementPtrInst *Op1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(PN->getOperand(0));
1367     if (!Op1)
1368       return nullptr;
1369
1370     signed DI = -1;
1371
1372     for (auto I = PN->op_begin()+1, E = PN->op_end(); I !=E; ++I) {
1373       GetElementPtrInst *Op2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*I);
1374       if (!Op2 || Op1->getNumOperands() != Op2->getNumOperands())
1375         return nullptr;
1376
1377       // Keep track of the type as we walk the GEP.
1378       Type *CurTy = Op1->getOperand(0)->getType()->getScalarType();
1379
1380       for (unsigned J = 0, F = Op1->getNumOperands(); J != F; ++J) {
1381         if (Op1->getOperand(J)->getType() != Op2->getOperand(J)->getType())
1382           return nullptr;
1383
1384         if (Op1->getOperand(J) != Op2->getOperand(J)) {
1385           if (DI == -1) {
1386             // We have not seen any differences yet in the GEPs feeding the
1387             // PHI yet, so we record this one if it is allowed to be a
1388             // variable.
1389
1390             // The first two arguments can vary for any GEP, the rest have to be
1391             // static for struct slots
1392             if (J > 1 && CurTy->isStructTy())
1393               return nullptr;
1394
1395             DI = J;
1396           } else {
1397             // The GEP is different by more than one input. While this could be
1398             // extended to support GEPs that vary by more than one variable it
1399             // doesn't make sense since it greatly increases the complexity and
1400             // would result in an R+R+R addressing mode which no backend
1401             // directly supports and would need to be broken into several
1402             // simpler instructions anyway.
1403             return nullptr;
1404           }
1405         }
1406
1407         // Sink down a layer of the type for the next iteration.
1408         if (J > 0) {
1409           if (CompositeType *CT = dyn_cast<CompositeType>(CurTy)) {
1410             CurTy = CT->getTypeAtIndex(Op1->getOperand(J));
1411           } else {
1412             CurTy = nullptr;
1413           }
1414         }
1415       }
1416     }
1417
1418     GetElementPtrInst *NewGEP = cast<GetElementPtrInst>(Op1->clone());
1419
1420     if (DI == -1) {
1421       // All the GEPs feeding the PHI are identical. Clone one down into our
1422       // BB so that it can be merged with the current GEP.
1423       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1424                                             NewGEP);
1425     } else {
1426       // All the GEPs feeding the PHI differ at a single offset. Clone a GEP
1427       // into the current block so it can be merged, and create a new PHI to
1428       // set that index.
1429       Instruction *InsertPt = Builder->GetInsertPoint();
1430       Builder->SetInsertPoint(PN);
1431       PHINode *NewPN = Builder->CreatePHI(Op1->getOperand(DI)->getType(),
1432                                           PN->getNumOperands());
1433       Builder->SetInsertPoint(InsertPt);
1434
1435       for (auto &I : PN->operands())
1436         NewPN->addIncoming(cast<GEPOperator>(I)->getOperand(DI),
1437                            PN->getIncomingBlock(I));
1438
1439       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1440       GEP.getParent()->getInstList().insert(GEP.getParent()->getFirstNonPHI(),
1441                                             NewGEP);
1442       NewGEP->setOperand(DI, NewPN);
1443     }
1444
1445     GEP.setOperand(0, NewGEP);
1446     PtrOp = NewGEP;
1447   }
1448
1449   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1450   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1451   // getelementptr instructions into a single instruction.
1452   //
1453   if (GEPOperator *Src = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp)) {
1454     if (!shouldMergeGEPs(*cast<GEPOperator>(&GEP), *Src))
1455       return nullptr;
1456
1457     // Note that if our source is a gep chain itself then we wait for that
1458     // chain to be resolved before we perform this transformation.  This
1459     // avoids us creating a TON of code in some cases.
1460     if (GEPOperator *SrcGEP =
1461           dyn_cast<GEPOperator>(Src->getOperand(0)))
1462       if (SrcGEP->getNumOperands() == 2 && shouldMergeGEPs(*Src, *SrcGEP))
1463         return nullptr;   // Wait until our source is folded to completion.
1464
1465     SmallVector<Value*, 8> Indices;
1466
1467     // Find out whether the last index in the source GEP is a sequential idx.
1468     bool EndsWithSequential = false;
1469     for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(*Src), E = gep_type_end(*Src);
1470          I != E; ++I)
1471       EndsWithSequential = !(*I)->isStructTy();
1472
1473     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1474     if (EndsWithSequential) {
1475       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1476       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1477       //
1478       Value *Sum;
1479       Value *SO1 = Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1);
1480       Value *GO1 = GEP.getOperand(1);
1481       if (SO1 == Constant::getNullValue(SO1->getType())) {
1482         Sum = GO1;
1483       } else if (GO1 == Constant::getNullValue(GO1->getType())) {
1484         Sum = SO1;
1485       } else {
1486         // If they aren't the same type, then the input hasn't been processed
1487         // by the loop above yet (which canonicalizes sequential index types to
1488         // intptr_t).  Just avoid transforming this until the input has been
1489         // normalized.
1490         if (SO1->getType() != GO1->getType())
1491           return nullptr;
1492         Sum = Builder->CreateAdd(SO1, GO1, PtrOp->getName()+".sum");
1493       }
1494
1495       // Update the GEP in place if possible.
1496       if (Src->getNumOperands() == 2) {
1497         GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1498         GEP.setOperand(1, Sum);
1499         return &GEP;
1500       }
1501       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end()-1);
1502       Indices.push_back(Sum);
1503       Indices.append(GEP.op_begin()+2, GEP.op_end());
1504     } else if (isa<Constant>(*GEP.idx_begin()) &&
1505                cast<Constant>(*GEP.idx_begin())->isNullValue() &&
1506                Src->getNumOperands() != 1) {
1507       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1508       Indices.append(Src->op_begin()+1, Src->op_end());
1509       Indices.append(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1510     }
1511
1512     if (!Indices.empty())
1513       return (GEP.isInBounds() && Src->isInBounds()) ?
1514         GetElementPtrInst::CreateInBounds(Src->getOperand(0), Indices,
1515                                           GEP.getName()) :
1516         GetElementPtrInst::Create(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1517   }
1518
1519   if (DL && GEP.getNumIndices() == 1) {
1520     unsigned AS = GEP.getPointerAddressSpace();
1521     if (GEP.getOperand(1)->getType()->getScalarSizeInBits() ==
1522         DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
1523       Type *PtrTy = GEP.getPointerOperandType();
1524       Type *Ty = PtrTy->getPointerElementType();
1525       uint64_t TyAllocSize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1526
1527       bool Matched = false;
1528       uint64_t C;
1529       Value *V = nullptr;
1530       if (TyAllocSize == 1) {
1531         V = GEP.getOperand(1);
1532         Matched = true;
1533       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1534                        m_AShr(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1535         if (TyAllocSize == 1ULL << C)
1536           Matched = true;
1537       } else if (match(GEP.getOperand(1),
1538                        m_SDiv(m_Value(V), m_ConstantInt(C)))) {
1539         if (TyAllocSize == C)
1540           Matched = true;
1541       }
1542
1543       if (Matched) {
1544         // Canonicalize (gep i8* X, -(ptrtoint Y))
1545         // to (inttoptr (sub (ptrtoint X), (ptrtoint Y)))
1546         // The GEP pattern is emitted by the SCEV expander for certain kinds of
1547         // pointer arithmetic.
1548         if (match(V, m_Neg(m_PtrToInt(m_Value())))) {
1549           Operator *Index = cast<Operator>(V);
1550           Value *PtrToInt = Builder->CreatePtrToInt(PtrOp, Index->getType());
1551           Value *NewSub = Builder->CreateSub(PtrToInt, Index->getOperand(1));
1552           return CastInst::Create(Instruction::IntToPtr, NewSub, GEP.getType());
1553         }
1554         // Canonicalize (gep i8* X, (ptrtoint Y)-(ptrtoint X))
1555         // to (bitcast Y)
1556         Value *Y;
1557         if (match(V, m_Sub(m_PtrToInt(m_Value(Y)),
1558                            m_PtrToInt(m_Specific(GEP.getOperand(0)))))) {
1559           return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(Y,
1560                                                                GEP.getType());
1561         }
1562       }
1563     }
1564   }
1565
1566   // Handle gep(bitcast x) and gep(gep x, 0, 0, 0).
1567   Value *StrippedPtr = PtrOp->stripPointerCasts();
1568   PointerType *StrippedPtrTy = dyn_cast<PointerType>(StrippedPtr->getType());
1569
1570   // We do not handle pointer-vector geps here.
1571   if (!StrippedPtrTy)
1572     return nullptr;
1573
1574   if (StrippedPtr != PtrOp) {
1575     bool HasZeroPointerIndex = false;
1576     if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(GEP.getOperand(1)))
1577       HasZeroPointerIndex = C->isZero();
1578
1579     // Transform: GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1580     // into     : GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1581     //
1582     // Likewise, transform: GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1583     //           into     : GEP i8* X, ...
1584     //
1585     // This occurs when the program declares an array extern like "int X[];"
1586     if (HasZeroPointerIndex) {
1587       PointerType *CPTy = cast<PointerType>(PtrOp->getType());
1588       if (ArrayType *CATy =
1589           dyn_cast<ArrayType>(CPTy->getElementType())) {
1590         // GEP (bitcast i8* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1591         if (CATy->getElementType() == StrippedPtrTy->getElementType()) {
1592           // -> GEP i8* X, ...
1593           SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1594           GetElementPtrInst *Res =
1595             GetElementPtrInst::Create(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1596           Res->setIsInBounds(GEP.isInBounds());
1597           if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace())
1598             return Res;
1599           // Insert Res, and create an addrspacecast.
1600           // e.g.,
1601           // GEP (addrspacecast i8 addrspace(1)* X to [0 x i8]*), i32 0, ...
1602           // ->
1603           // %0 = GEP i8 addrspace(1)* X, ...
1604           // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1605           return new AddrSpaceCastInst(Builder->Insert(Res), GEP.getType());
1606         }
1607
1608         if (ArrayType *XATy =
1609               dyn_cast<ArrayType>(StrippedPtrTy->getElementType())){
1610           // GEP (bitcast [10 x i8]* X to [0 x i8]*), i32 0, ... ?
1611           if (CATy->getElementType() == XATy->getElementType()) {
1612             // -> GEP [10 x i8]* X, i32 0, ...
1613             // At this point, we know that the cast source type is a pointer
1614             // to an array of the same type as the destination pointer
1615             // array.  Because the array type is never stepped over (there
1616             // is a leading zero) we can fold the cast into this GEP.
1617             if (StrippedPtrTy->getAddressSpace() == GEP.getAddressSpace()) {
1618               GEP.setOperand(0, StrippedPtr);
1619               return &GEP;
1620             }
1621             // Cannot replace the base pointer directly because StrippedPtr's
1622             // address space is different. Instead, create a new GEP followed by
1623             // an addrspacecast.
1624             // e.g.,
1625             // GEP (addrspacecast [10 x i8] addrspace(1)* X to [0 x i8]*),
1626             //   i32 0, ...
1627             // ->
1628             // %0 = GEP [10 x i8] addrspace(1)* X, ...
1629             // addrspacecast i8 addrspace(1)* %0 to i8*
1630             SmallVector<Value*, 8> Idx(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1631             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1632               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1633               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1634             return new AddrSpaceCastInst(NewGEP, GEP.getType());
1635           }
1636         }
1637       }
1638     } else if (GEP.getNumOperands() == 2) {
1639       // Transform things like:
1640       // %t = getelementptr i32* bitcast ([2 x i32]* %str to i32*), i32 %V
1641       // into:  %t1 = getelementptr [2 x i32]* %str, i32 0, i32 %V; bitcast
1642       Type *SrcElTy = StrippedPtrTy->getElementType();
1643       Type *ResElTy = PtrOp->getType()->getPointerElementType();
1644       if (DL && SrcElTy->isArrayTy() &&
1645           DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType()) ==
1646           DL->getTypeAllocSize(ResElTy)) {
1647         Type *IdxType = DL->getIntPtrType(GEP.getType());
1648         Value *Idx[2] = { Constant::getNullValue(IdxType), GEP.getOperand(1) };
1649         Value *NewGEP = GEP.isInBounds() ?
1650           Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName()) :
1651           Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Idx, GEP.getName());
1652
1653         // V and GEP are both pointer types --> BitCast
1654         return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1655                                                              GEP.getType());
1656       }
1657
1658       // Transform things like:
1659       // %V = mul i64 %N, 4
1660       // %t = getelementptr i8* bitcast (i32* %arr to i8*), i32 %V
1661       // into:  %t1 = getelementptr i32* %arr, i32 %N; bitcast
1662       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized()) {
1663         // Check that changing the type amounts to dividing the index by a scale
1664         // factor.
1665         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1666         uint64_t SrcSize = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy);
1667         if (ResSize && SrcSize % ResSize == 0) {
1668           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1669           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1670           uint64_t Scale = SrcSize / ResSize;
1671
1672           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1673           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1674           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1675                  "Index not cast to pointer width?");
1676
1677           bool NSW;
1678           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1679             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1680             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1681             // GEP may not be "inbounds".
1682             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1683               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName()) :
1684               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, NewIdx, GEP.getName());
1685
1686             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1687             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1688                                                                  GEP.getType());
1689           }
1690         }
1691       }
1692
1693       // Similarly, transform things like:
1694       // getelementptr i8* bitcast ([100 x double]* X to i8*), i32 %tmp
1695       //   (where tmp = 8*tmp2) into:
1696       // getelementptr [100 x double]* %arr, i32 0, i32 %tmp2; bitcast
1697       if (DL && ResElTy->isSized() && SrcElTy->isSized() &&
1698           SrcElTy->isArrayTy()) {
1699         // Check that changing to the array element type amounts to dividing the
1700         // index by a scale factor.
1701         uint64_t ResSize = DL->getTypeAllocSize(ResElTy);
1702         uint64_t ArrayEltSize
1703           = DL->getTypeAllocSize(SrcElTy->getArrayElementType());
1704         if (ResSize && ArrayEltSize % ResSize == 0) {
1705           Value *Idx = GEP.getOperand(1);
1706           unsigned BitWidth = Idx->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
1707           uint64_t Scale = ArrayEltSize / ResSize;
1708
1709           // Earlier transforms ensure that the index has type IntPtrType, which
1710           // considerably simplifies the logic by eliminating implicit casts.
1711           assert(Idx->getType() == DL->getIntPtrType(GEP.getType()) &&
1712                  "Index not cast to pointer width?");
1713
1714           bool NSW;
1715           if (Value *NewIdx = Descale(Idx, APInt(BitWidth, Scale), NSW)) {
1716             // Successfully decomposed Idx as NewIdx * Scale, form a new GEP.
1717             // If the multiplication NewIdx * Scale may overflow then the new
1718             // GEP may not be "inbounds".
1719             Value *Off[2] = {
1720               Constant::getNullValue(DL->getIntPtrType(GEP.getType())),
1721               NewIdx
1722             };
1723
1724             Value *NewGEP = GEP.isInBounds() && NSW ?
1725               Builder->CreateInBoundsGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName()) :
1726               Builder->CreateGEP(StrippedPtr, Off, GEP.getName());
1727             // The NewGEP must be pointer typed, so must the old one -> BitCast
1728             return CastInst::CreatePointerBitCastOrAddrSpaceCast(NewGEP,
1729                                                                  GEP.getType());
1730           }
1731         }
1732       }
1733     }
1734   }
1735
1736   if (!DL)
1737     return nullptr;
1738
1739   // addrspacecast between types is canonicalized as a bitcast, then an
1740   // addrspacecast. To take advantage of the below bitcast + struct GEP, look
1741   // through the addrspacecast.
1742   if (AddrSpaceCastInst *ASC = dyn_cast<AddrSpaceCastInst>(PtrOp)) {
1743     //   X = bitcast A addrspace(1)* to B addrspace(1)*
1744     //   Y = addrspacecast A addrspace(1)* to B addrspace(2)*
1745     //   Z = gep Y, <...constant indices...>
1746     // Into an addrspacecasted GEP of the struct.
1747     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(ASC->getOperand(0)))
1748       PtrOp = BC;
1749   }
1750
1751   /// See if we can simplify:
1752   ///   X = bitcast A* to B*
1753   ///   Y = gep X, <...constant indices...>
1754   /// into a gep of the original struct.  This is important for SROA and alias
1755   /// analysis of unions.  If "A" is also a bitcast, wait for A/X to be merged.
1756   if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(PtrOp)) {
1757     Value *Operand = BCI->getOperand(0);
1758     PointerType *OpType = cast<PointerType>(Operand->getType());
1759     unsigned OffsetBits = DL->getPointerTypeSizeInBits(GEP.getType());
1760     APInt Offset(OffsetBits, 0);
1761     if (!isa<BitCastInst>(Operand) &&
1762         GEP.accumulateConstantOffset(*DL, Offset)) {
1763
1764       // If this GEP instruction doesn't move the pointer, just replace the GEP
1765       // with a bitcast of the real input to the dest type.
1766       if (!Offset) {
1767         // If the bitcast is of an allocation, and the allocation will be
1768         // converted to match the type of the cast, don't touch this.
1769         if (isa<AllocaInst>(Operand) || isAllocationFn(Operand, TLI)) {
1770           // See if the bitcast simplifies, if so, don't nuke this GEP yet.
1771           if (Instruction *I = visitBitCast(*BCI)) {
1772             if (I != BCI) {
1773               I->takeName(BCI);
1774               BCI->getParent()->getInstList().insert(BCI, I);
1775               ReplaceInstUsesWith(*BCI, I);
1776             }
1777             return &GEP;
1778           }
1779         }
1780
1781         if (Operand->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1782           return new AddrSpaceCastInst(Operand, GEP.getType());
1783         return new BitCastInst(Operand, GEP.getType());
1784       }
1785
1786       // Otherwise, if the offset is non-zero, we need to find out if there is a
1787       // field at Offset in 'A's type.  If so, we can pull the cast through the
1788       // GEP.
1789       SmallVector<Value*, 8> NewIndices;
1790       if (FindElementAtOffset(OpType, Offset.getSExtValue(), NewIndices)) {
1791         Value *NGEP = GEP.isInBounds() ?
1792           Builder->CreateInBoundsGEP(Operand, NewIndices) :
1793           Builder->CreateGEP(Operand, NewIndices);
1794
1795         if (NGEP->getType() == GEP.getType())
1796           return ReplaceInstUsesWith(GEP, NGEP);
1797         NGEP->takeName(&GEP);
1798
1799         if (NGEP->getType()->getPointerAddressSpace() != GEP.getAddressSpace())
1800           return new AddrSpaceCastInst(NGEP, GEP.getType());
1801         return new BitCastInst(NGEP, GEP.getType());
1802       }
1803     }
1804   }
1805
1806   return nullptr;
1807 }
1808
1809 static bool
1810 isAllocSiteRemovable(Instruction *AI, SmallVectorImpl<WeakVH> &Users,
1811                      const TargetLibraryInfo *TLI) {
1812   SmallVector<Instruction*, 4> Worklist;
1813   Worklist.push_back(AI);
1814
1815   do {
1816     Instruction *PI = Worklist.pop_back_val();
1817     for (User *U : PI->users()) {
1818       Instruction *I = cast<Instruction>(U);
1819       switch (I->getOpcode()) {
1820       default:
1821         // Give up the moment we see something we can't handle.
1822         return false;
1823
1824       case Instruction::BitCast:
1825       case Instruction::GetElementPtr:
1826         Users.push_back(I);
1827         Worklist.push_back(I);
1828         continue;
1829
1830       case Instruction::ICmp: {
1831         ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(I);
1832         // We can fold eq/ne comparisons with null to false/true, respectively.
1833         if (!ICI->isEquality() || !isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1834           return false;
1835         Users.push_back(I);
1836         continue;
1837       }
1838
1839       case Instruction::Call:
1840         // Ignore no-op and store intrinsics.
1841         if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1842           switch (II->getIntrinsicID()) {
1843           default:
1844             return false;
1845
1846           case Intrinsic::memmove:
1847           case Intrinsic::memcpy:
1848           case Intrinsic::memset: {
1849             MemIntrinsic *MI = cast<MemIntrinsic>(II);
1850             if (MI->isVolatile() || MI->getRawDest() != PI)
1851               return false;
1852           }
1853           // fall through
1854           case Intrinsic::dbg_declare:
1855           case Intrinsic::dbg_value:
1856           case Intrinsic::invariant_start:
1857           case Intrinsic::invariant_end:
1858           case Intrinsic::lifetime_start:
1859           case Intrinsic::lifetime_end:
1860           case Intrinsic::objectsize:
1861             Users.push_back(I);
1862             continue;
1863           }
1864         }
1865
1866         if (isFreeCall(I, TLI)) {
1867           Users.push_back(I);
1868           continue;
1869         }
1870         return false;
1871
1872       case Instruction::Store: {
1873         StoreInst *SI = cast<StoreInst>(I);
1874         if (SI->isVolatile() || SI->getPointerOperand() != PI)
1875           return false;
1876         Users.push_back(I);
1877         continue;
1878       }
1879       }
1880       llvm_unreachable("missing a return?");
1881     }
1882   } while (!Worklist.empty());
1883   return true;
1884 }
1885
1886 Instruction *InstCombiner::visitAllocSite(Instruction &MI) {
1887   // If we have a malloc call which is only used in any amount of comparisons
1888   // to null and free calls, delete the calls and replace the comparisons with
1889   // true or false as appropriate.
1890   SmallVector<WeakVH, 64> Users;
1891   if (isAllocSiteRemovable(&MI, Users, TLI)) {
1892     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i) {
1893       Instruction *I = cast_or_null<Instruction>(&*Users[i]);
1894       if (!I) continue;
1895
1896       if (ICmpInst *C = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1897         ReplaceInstUsesWith(*C,
1898                             ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(C->getContext()),
1899                                              C->isFalseWhenEqual()));
1900       } else if (isa<BitCastInst>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I)) {
1901         ReplaceInstUsesWith(*I, UndefValue::get(I->getType()));
1902       } else if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
1903         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::objectsize) {
1904           ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1));
1905           uint64_t DontKnow = CI->isZero() ? -1ULL : 0;
1906           ReplaceInstUsesWith(*I, ConstantInt::get(I->getType(), DontKnow));
1907         }
1908       }
1909       EraseInstFromFunction(*I);
1910     }
1911
1912     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&MI)) {
1913       // Replace invoke with a NOP intrinsic to maintain the original CFG
1914       Module *M = II->getParent()->getParent()->getParent();
1915       Function *F = Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::donothing);
1916       InvokeInst::Create(F, II->getNormalDest(), II->getUnwindDest(),
1917                          None, "", II->getParent());
1918     }
1919     return EraseInstFromFunction(MI);
1920   }
1921   return nullptr;
1922 }
1923
1924 /// \brief Move the call to free before a NULL test.
1925 ///
1926 /// Check if this free is accessed after its argument has been test
1927 /// against NULL (property 0).
1928 /// If yes, it is legal to move this call in its predecessor block.
1929 ///
1930 /// The move is performed only if the block containing the call to free
1931 /// will be removed, i.e.:
1932 /// 1. it has only one predecessor P, and P has two successors
1933 /// 2. it contains the call and an unconditional branch
1934 /// 3. its successor is the same as its predecessor's successor
1935 ///
1936 /// The profitability is out-of concern here and this function should
1937 /// be called only if the caller knows this transformation would be
1938 /// profitable (e.g., for code size).
1939 static Instruction *
1940 tryToMoveFreeBeforeNullTest(CallInst &FI) {
1941   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1942   BasicBlock *FreeInstrBB = FI.getParent();
1943   BasicBlock *PredBB = FreeInstrBB->getSinglePredecessor();
1944
1945   // Validate part of constraint #1: Only one predecessor
1946   // FIXME: We can extend the number of predecessor, but in that case, we
1947   //        would duplicate the call to free in each predecessor and it may
1948   //        not be profitable even for code size.
1949   if (!PredBB)
1950     return nullptr;
1951
1952   // Validate constraint #2: Does this block contains only the call to
1953   //                         free and an unconditional branch?
1954   // FIXME: We could check if we can speculate everything in the
1955   //        predecessor block
1956   if (FreeInstrBB->size() != 2)
1957     return nullptr;
1958   BasicBlock *SuccBB;
1959   if (!match(FreeInstrBB->getTerminator(), m_UnconditionalBr(SuccBB)))
1960     return nullptr;
1961
1962   // Validate the rest of constraint #1 by matching on the pred branch.
1963   TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
1964   BasicBlock *TrueBB, *FalseBB;
1965   ICmpInst::Predicate Pred;
1966   if (!match(TI, m_Br(m_ICmp(Pred, m_Specific(Op), m_Zero()), TrueBB, FalseBB)))
1967     return nullptr;
1968   if (Pred != ICmpInst::ICMP_EQ && Pred != ICmpInst::ICMP_NE)
1969     return nullptr;
1970
1971   // Validate constraint #3: Ensure the null case just falls through.
1972   if (SuccBB != (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? TrueBB : FalseBB))
1973     return nullptr;
1974   assert(FreeInstrBB == (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ? FalseBB : TrueBB) &&
1975          "Broken CFG: missing edge from predecessor to successor");
1976
1977   FI.moveBefore(TI);
1978   return &FI;
1979 }
1980
1981
1982 Instruction *InstCombiner::visitFree(CallInst &FI) {
1983   Value *Op = FI.getArgOperand(0);
1984
1985   // free undef -> unreachable.
1986   if (isa<UndefValue>(Op)) {
1987     // Insert a new store to null because we cannot modify the CFG here.
1988     Builder->CreateStore(ConstantInt::getTrue(FI.getContext()),
1989                          UndefValue::get(Type::getInt1PtrTy(FI.getContext())));
1990     return EraseInstFromFunction(FI);
1991   }
1992
1993   // If we have 'free null' delete the instruction.  This can happen in stl code
1994   // when lots of inlining happens.
1995   if (isa<ConstantPointerNull>(Op))
1996     return EraseInstFromFunction(FI);
1997
1998   // If we optimize for code size, try to move the call to free before the null
1999   // test so that simplify cfg can remove the empty block and dead code
2000   // elimination the branch. I.e., helps to turn something like:
2001   // if (foo) free(foo);
2002   // into
2003   // free(foo);
2004   if (MinimizeSize)
2005     if (Instruction *I = tryToMoveFreeBeforeNullTest(FI))
2006       return I;
2007
2008   return nullptr;
2009 }
2010
2011 Instruction *InstCombiner::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
2012   if (RI.getNumOperands() == 0) // ret void
2013     return nullptr;
2014
2015   Value *ResultOp = RI.getOperand(0);
2016   Type *VTy = ResultOp->getType();
2017   if (!VTy->isIntegerTy())
2018     return nullptr;
2019
2020   // There might be assume intrinsics dominating this return that completely
2021   // determine the value. If so, constant fold it.
2022   unsigned BitWidth = VTy->getPrimitiveSizeInBits();
2023   APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
2024   computeKnownBits(ResultOp, KnownZero, KnownOne, 0, &RI);
2025   if ((KnownZero|KnownOne).isAllOnesValue())
2026     RI.setOperand(0, Constant::getIntegerValue(VTy, KnownOne));
2027
2028   return nullptr;
2029 }
2030
2031 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2032   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
2033   Value *X = nullptr;
2034   BasicBlock *TrueDest;
2035   BasicBlock *FalseDest;
2036   if (match(&BI, m_Br(m_Not(m_Value(X)), TrueDest, FalseDest)) &&
2037       !isa<Constant>(X)) {
2038     // Swap Destinations and condition...
2039     BI.setCondition(X);
2040     BI.swapSuccessors();
2041     return &BI;
2042   }
2043
2044   // Canonicalize fcmp_one -> fcmp_oeq
2045   FCmpInst::Predicate FPred; Value *Y;
2046   if (match(&BI, m_Br(m_FCmp(FPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2047                              TrueDest, FalseDest)) &&
2048       BI.getCondition()->hasOneUse())
2049     if (FPred == FCmpInst::FCMP_ONE || FPred == FCmpInst::FCMP_OLE ||
2050         FPred == FCmpInst::FCMP_OGE) {
2051       FCmpInst *Cond = cast<FCmpInst>(BI.getCondition());
2052       Cond->setPredicate(FCmpInst::getInversePredicate(FPred));
2053
2054       // Swap Destinations and condition.
2055       BI.swapSuccessors();
2056       Worklist.Add(Cond);
2057       return &BI;
2058     }
2059
2060   // Canonicalize icmp_ne -> icmp_eq
2061   ICmpInst::Predicate IPred;
2062   if (match(&BI, m_Br(m_ICmp(IPred, m_Value(X), m_Value(Y)),
2063                       TrueDest, FalseDest)) &&
2064       BI.getCondition()->hasOneUse())
2065     if (IPred == ICmpInst::ICMP_NE  || IPred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
2066         IPred == ICmpInst::ICMP_SLE || IPred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
2067         IPred == ICmpInst::ICMP_SGE) {
2068       ICmpInst *Cond = cast<ICmpInst>(BI.getCondition());
2069       Cond->setPredicate(ICmpInst::getInversePredicate(IPred));
2070       // Swap Destinations and condition.
2071       BI.swapSuccessors();
2072       Worklist.Add(Cond);
2073       return &BI;
2074     }
2075
2076   return nullptr;
2077 }
2078
2079 Instruction *InstCombiner::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2080   Value *Cond = SI.getCondition();
2081   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Cond)) {
2082     if (I->getOpcode() == Instruction::Add)
2083       if (ConstantInt *AddRHS = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) {
2084         // change 'switch (X+4) case 1:' into 'switch (X) case -3'
2085         // Skip the first item since that's the default case.
2086         for (SwitchInst::CaseIt i = SI.case_begin(), e = SI.case_end();
2087              i != e; ++i) {
2088           ConstantInt* CaseVal = i.getCaseValue();
2089           Constant* NewCaseVal = ConstantExpr::getSub(cast<Constant>(CaseVal),
2090                                                       AddRHS);
2091           assert(isa<ConstantInt>(NewCaseVal) &&
2092                  "Result of expression should be constant");
2093           i.setValue(cast<ConstantInt>(NewCaseVal));
2094         }
2095         SI.setCondition(I->getOperand(0));
2096         Worklist.Add(I);
2097         return &SI;
2098       }
2099   }
2100   return nullptr;
2101 }
2102
2103 Instruction *InstCombiner::visitExtractValueInst(ExtractValueInst &EV) {
2104   Value *Agg = EV.getAggregateOperand();
2105
2106   if (!EV.hasIndices())
2107     return ReplaceInstUsesWith(EV, Agg);
2108
2109   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Agg)) {
2110     if (Constant *C2 = C->getAggregateElement(*EV.idx_begin())) {
2111       if (EV.getNumIndices() == 0)
2112         return ReplaceInstUsesWith(EV, C2);
2113       // Extract the remaining indices out of the constant indexed by the
2114       // first index
2115       return ExtractValueInst::Create(C2, EV.getIndices().slice(1));
2116     }
2117     return nullptr; // Can't handle other constants
2118   }
2119
2120   if (InsertValueInst *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(Agg)) {
2121     // We're extracting from an insertvalue instruction, compare the indices
2122     const unsigned *exti, *exte, *insi, *inse;
2123     for (exti = EV.idx_begin(), insi = IV->idx_begin(),
2124          exte = EV.idx_end(), inse = IV->idx_end();
2125          exti != exte && insi != inse;
2126          ++exti, ++insi) {
2127       if (*insi != *exti)
2128         // The insert and extract both reference distinctly different elements.
2129         // This means the extract is not influenced by the insert, and we can
2130         // replace the aggregate operand of the extract with the aggregate
2131         // operand of the insert. i.e., replace
2132         // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2133         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 0
2134         // with
2135         // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 0
2136         return ExtractValueInst::Create(IV->getAggregateOperand(),
2137                                         EV.getIndices());
2138     }
2139     if (exti == exte && insi == inse)
2140       // Both iterators are at the end: Index lists are identical. Replace
2141       // %B = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2142       // %C = extractvalue { i32, { i32 } } %B, 1, 0
2143       // with "i32 42"
2144       return ReplaceInstUsesWith(EV, IV->getInsertedValueOperand());
2145     if (exti == exte) {
2146       // The extract list is a prefix of the insert list. i.e. replace
2147       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, i32 42, 1, 0
2148       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1
2149       // with
2150       // %X = extractvalue { i32, { i32 } } %A, 1
2151       // %E = insertvalue { i32 } %X, i32 42, 0
2152       // by switching the order of the insert and extract (though the
2153       // insertvalue should be left in, since it may have other uses).
2154       Value *NewEV = Builder->CreateExtractValue(IV->getAggregateOperand(),
2155                                                  EV.getIndices());
2156       return InsertValueInst::Create(NewEV, IV->getInsertedValueOperand(),
2157                                      makeArrayRef(insi, inse));
2158     }
2159     if (insi == inse)
2160       // The insert list is a prefix of the extract list
2161       // We can simply remove the common indices from the extract and make it
2162       // operate on the inserted value instead of the insertvalue result.
2163       // i.e., replace
2164       // %I = insertvalue { i32, { i32 } } %A, { i32 } { i32 42 }, 1
2165       // %E = extractvalue { i32, { i32 } } %I, 1, 0
2166       // with
2167       // %E extractvalue { i32 } { i32 42 }, 0
2168       return ExtractValueInst::Create(IV->getInsertedValueOperand(),
2169                                       makeArrayRef(exti, exte));
2170   }
2171   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Agg)) {
2172     // We're extracting from an intrinsic, see if we're the only user, which
2173     // allows us to simplify multiple result intrinsics to simpler things that
2174     // just get one value.
2175     if (II->hasOneUse()) {
2176       // Check if we're grabbing the overflow bit or the result of a 'with
2177       // overflow' intrinsic.  If it's the latter we can remove the intrinsic
2178       // and replace it with a traditional binary instruction.
2179       switch (II->getIntrinsicID()) {
2180       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
2181       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
2182         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2183           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2184           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2185           EraseInstFromFunction(*II);
2186           return BinaryOperator::CreateAdd(LHS, RHS);
2187         }
2188
2189         // If the normal result of the add is dead, and the RHS is a constant,
2190         // we can transform this into a range comparison.
2191         // overflow = uadd a, -4  -->  overflow = icmp ugt a, 3
2192         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::uadd_with_overflow)
2193           if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1)))
2194             return new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_UGT, II->getArgOperand(0),
2195                                 ConstantExpr::getNot(CI));
2196         break;
2197       case Intrinsic::usub_with_overflow:
2198       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
2199         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2200           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2201           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2202           EraseInstFromFunction(*II);
2203           return BinaryOperator::CreateSub(LHS, RHS);
2204         }
2205         break;
2206       case Intrinsic::umul_with_overflow:
2207       case Intrinsic::smul_with_overflow:
2208         if (*EV.idx_begin() == 0) {  // Normal result.
2209           Value *LHS = II->getArgOperand(0), *RHS = II->getArgOperand(1);
2210           ReplaceInstUsesWith(*II, UndefValue::get(II->getType()));
2211           EraseInstFromFunction(*II);
2212           return BinaryOperator::CreateMul(LHS, RHS);
2213         }
2214         break;
2215       default:
2216         break;
2217       }
2218     }
2219   }
2220   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(Agg))
2221     // If the (non-volatile) load only has one use, we can rewrite this to a
2222     // load from a GEP. This reduces the size of the load.
2223     // FIXME: If a load is used only by extractvalue instructions then this
2224     //        could be done regardless of having multiple uses.
2225     if (L->isSimple() && L->hasOneUse()) {
2226       // extractvalue has integer indices, getelementptr has Value*s. Convert.
2227       SmallVector<Value*, 4> Indices;
2228       // Prefix an i32 0 since we need the first element.
2229       Indices.push_back(Builder->getInt32(0));
2230       for (ExtractValueInst::idx_iterator I = EV.idx_begin(), E = EV.idx_end();
2231             I != E; ++I)
2232         Indices.push_back(Builder->getInt32(*I));
2233
2234       // We need to insert these at the location of the old load, not at that of
2235       // the extractvalue.
2236       Builder->SetInsertPoint(L->getParent(), L);
2237       Value *GEP = Builder->CreateInBoundsGEP(L->getPointerOperand(), Indices);
2238       // Returning the load directly will cause the main loop to insert it in
2239       // the wrong spot, so use ReplaceInstUsesWith().
2240       return ReplaceInstUsesWith(EV, Builder->CreateLoad(GEP));
2241     }
2242   // We could simplify extracts from other values. Note that nested extracts may
2243   // already be simplified implicitly by the above: extract (extract (insert) )
2244   // will be translated into extract ( insert ( extract ) ) first and then just
2245   // the value inserted, if appropriate. Similarly for extracts from single-use
2246   // loads: extract (extract (load)) will be translated to extract (load (gep))
2247   // and if again single-use then via load (gep (gep)) to load (gep).
2248   // However, double extracts from e.g. function arguments or return values
2249   // aren't handled yet.
2250   return nullptr;
2251 }
2252
2253 enum Personality_Type {
2254   Unknown_Personality,
2255   GNU_Ada_Personality,
2256   GNU_CXX_Personality,
2257   GNU_ObjC_Personality
2258 };
2259
2260 /// RecognizePersonality - See if the given exception handling personality
2261 /// function is one that we understand.  If so, return a description of it;
2262 /// otherwise return Unknown_Personality.
2263 static Personality_Type RecognizePersonality(Value *Pers) {
2264   Function *F = dyn_cast<Function>(Pers->stripPointerCasts());
2265   if (!F)
2266     return Unknown_Personality;
2267   return StringSwitch<Personality_Type>(F->getName())
2268     .Case("__gnat_eh_personality", GNU_Ada_Personality)
2269     .Case("__gxx_personality_v0",  GNU_CXX_Personality)
2270     .Case("__objc_personality_v0", GNU_ObjC_Personality)
2271     .Default(Unknown_Personality);
2272 }
2273
2274 /// isCatchAll - Return 'true' if the given typeinfo will match anything.
2275 static bool isCatchAll(Personality_Type Personality, Constant *TypeInfo) {
2276   switch (Personality) {
2277   case Unknown_Personality:
2278     return false;
2279   case GNU_Ada_Personality:
2280     // While __gnat_all_others_value will match any Ada exception, it doesn't
2281     // match foreign exceptions (or didn't, before gcc-4.7).
2282     return false;
2283   case GNU_CXX_Personality:
2284   case GNU_ObjC_Personality:
2285     return TypeInfo->isNullValue();
2286   }
2287   llvm_unreachable("Unknown personality!");
2288 }
2289
2290 static bool shorter_filter(const Value *LHS, const Value *RHS) {
2291   return
2292     cast<ArrayType>(LHS->getType())->getNumElements()
2293   <
2294     cast<ArrayType>(RHS->getType())->getNumElements();
2295 }
2296
2297 Instruction *InstCombiner::visitLandingPadInst(LandingPadInst &LI) {
2298   // The logic here should be correct for any real-world personality function.
2299   // However if that turns out not to be true, the offending logic can always
2300   // be conditioned on the personality function, like the catch-all logic is.
2301   Personality_Type Personality = RecognizePersonality(LI.getPersonalityFn());
2302
2303   // Simplify the list of clauses, eg by removing repeated catch clauses
2304   // (these are often created by inlining).
2305   bool MakeNewInstruction = false; // If true, recreate using the following:
2306   SmallVector<Constant *, 16> NewClauses; // - Clauses for the new instruction;
2307   bool CleanupFlag = LI.isCleanup();   // - The new instruction is a cleanup.
2308
2309   SmallPtrSet<Value *, 16> AlreadyCaught; // Typeinfos known caught already.
2310   for (unsigned i = 0, e = LI.getNumClauses(); i != e; ++i) {
2311     bool isLastClause = i + 1 == e;
2312     if (LI.isCatch(i)) {
2313       // A catch clause.
2314       Constant *CatchClause = LI.getClause(i);
2315       Constant *TypeInfo = CatchClause->stripPointerCasts();
2316
2317       // If we already saw this clause, there is no point in having a second
2318       // copy of it.
2319       if (AlreadyCaught.insert(TypeInfo)) {
2320         // This catch clause was not already seen.
2321         NewClauses.push_back(CatchClause);
2322       } else {
2323         // Repeated catch clause - drop the redundant copy.
2324         MakeNewInstruction = true;
2325       }
2326
2327       // If this is a catch-all then there is no point in keeping any following
2328       // clauses or marking the landingpad as having a cleanup.
2329       if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2330         if (!isLastClause)
2331           MakeNewInstruction = true;
2332         CleanupFlag = false;
2333         break;
2334       }
2335     } else {
2336       // A filter clause.  If any of the filter elements were already caught
2337       // then they can be dropped from the filter.  It is tempting to try to
2338       // exploit the filter further by saying that any typeinfo that does not
2339       // occur in the filter can't be caught later (and thus can be dropped).
2340       // However this would be wrong, since typeinfos can match without being
2341       // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some
2342       // class derived from it).
2343       assert(LI.isFilter(i) && "Unsupported landingpad clause!");
2344       Constant *FilterClause = LI.getClause(i);
2345       ArrayType *FilterType = cast<ArrayType>(FilterClause->getType());
2346       unsigned NumTypeInfos = FilterType->getNumElements();
2347
2348       // An empty filter catches everything, so there is no point in keeping any
2349       // following clauses or marking the landingpad as having a cleanup.  By
2350       // dealing with this case here the following code is made a bit simpler.
2351       if (!NumTypeInfos) {
2352         NewClauses.push_back(FilterClause);
2353         if (!isLastClause)
2354           MakeNewInstruction = true;
2355         CleanupFlag = false;
2356         break;
2357       }
2358
2359       bool MakeNewFilter = false; // If true, make a new filter.
2360       SmallVector<Constant *, 16> NewFilterElts; // New elements.
2361       if (isa<ConstantAggregateZero>(FilterClause)) {
2362         // Not an empty filter - it contains at least one null typeinfo.
2363         assert(NumTypeInfos > 0 && "Should have handled empty filter already!");
2364         Constant *TypeInfo =
2365           Constant::getNullValue(FilterType->getElementType());
2366         // If this typeinfo is a catch-all then the filter can never match.
2367         if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2368           // Throw the filter away.
2369           MakeNewInstruction = true;
2370           continue;
2371         }
2372
2373         // There is no point in having multiple copies of this typeinfo, so
2374         // discard all but the first copy if there is more than one.
2375         NewFilterElts.push_back(TypeInfo);
2376         if (NumTypeInfos > 1)
2377           MakeNewFilter = true;
2378       } else {
2379         ConstantArray *Filter = cast<ConstantArray>(FilterClause);
2380         SmallPtrSet<Value *, 16> SeenInFilter; // For uniquing the elements.
2381         NewFilterElts.reserve(NumTypeInfos);
2382
2383         // Remove any filter elements that were already caught or that already
2384         // occurred in the filter.  While there, see if any of the elements are
2385         // catch-alls.  If so, the filter can be discarded.
2386         bool SawCatchAll = false;
2387         for (unsigned j = 0; j != NumTypeInfos; ++j) {
2388           Constant *Elt = Filter->getOperand(j);
2389           Constant *TypeInfo = Elt->stripPointerCasts();
2390           if (isCatchAll(Personality, TypeInfo)) {
2391             // This element is a catch-all.  Bail out, noting this fact.
2392             SawCatchAll = true;
2393             break;
2394           }
2395           if (AlreadyCaught.count(TypeInfo))
2396             // Already caught by an earlier clause, so having it in the filter
2397             // is pointless.
2398             continue;
2399           // There is no point in having multiple copies of the same typeinfo in
2400           // a filter, so only add it if we didn't already.
2401           if (SeenInFilter.insert(TypeInfo))
2402             NewFilterElts.push_back(cast<Constant>(Elt));
2403         }
2404         // A filter containing a catch-all cannot match anything by definition.
2405         if (SawCatchAll) {
2406           // Throw the filter away.
2407           MakeNewInstruction = true;
2408           continue;
2409         }
2410
2411         // If we dropped something from the filter, make a new one.
2412         if (NewFilterElts.size() < NumTypeInfos)
2413           MakeNewFilter = true;
2414       }
2415       if (MakeNewFilter) {
2416         FilterType = ArrayType::get(FilterType->getElementType(),
2417                                     NewFilterElts.size());
2418         FilterClause = ConstantArray::get(FilterType, NewFilterElts);
2419         MakeNewInstruction = true;
2420       }
2421
2422       NewClauses.push_back(FilterClause);
2423
2424       // If the new filter is empty then it will catch everything so there is
2425       // no point in keeping any following clauses or marking the landingpad
2426       // as having a cleanup.  The case of the original filter being empty was
2427       // already handled above.
2428       if (MakeNewFilter && !NewFilterElts.size()) {
2429         assert(MakeNewInstruction && "New filter but not a new instruction!");
2430         CleanupFlag = false;
2431         break;
2432       }
2433     }
2434   }
2435
2436   // If several filters occur in a row then reorder them so that the shortest
2437   // filters come first (those with the smallest number of elements).  This is
2438   // advantageous because shorter filters are more likely to match, speeding up
2439   // unwinding, but mostly because it increases the effectiveness of the other
2440   // filter optimizations below.
2441   for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i + 1 < e; ) {
2442     unsigned j;
2443     // Find the maximal 'j' s.t. the range [i, j) consists entirely of filters.
2444     for (j = i; j != e; ++j)
2445       if (!isa<ArrayType>(NewClauses[j]->getType()))
2446         break;
2447
2448     // Check whether the filters are already sorted by length.  We need to know
2449     // if sorting them is actually going to do anything so that we only make a
2450     // new landingpad instruction if it does.
2451     for (unsigned k = i; k + 1 < j; ++k)
2452       if (shorter_filter(NewClauses[k+1], NewClauses[k])) {
2453         // Not sorted, so sort the filters now.  Doing an unstable sort would be
2454         // correct too but reordering filters pointlessly might confuse users.
2455         std::stable_sort(NewClauses.begin() + i, NewClauses.begin() + j,
2456                          shorter_filter);
2457         MakeNewInstruction = true;
2458         break;
2459       }
2460
2461     // Look for the next batch of filters.
2462     i = j + 1;
2463   }
2464
2465   // If typeinfos matched if and only if equal, then the elements of a filter L
2466   // that occurs later than a filter F could be replaced by the intersection of
2467   // the elements of F and L.  In reality two typeinfos can match without being
2468   // equal (for example if one represents a C++ class, and the other some class
2469   // derived from it) so it would be wrong to perform this transform in general.
2470   // However the transform is correct and useful if F is a subset of L.  In that
2471   // case L can be replaced by F, and thus removed altogether since repeating a
2472   // filter is pointless.  So here we look at all pairs of filters F and L where
2473   // L follows F in the list of clauses, and remove L if every element of F is
2474   // an element of L.  This can occur when inlining C++ functions with exception
2475   // specifications.
2476   for (unsigned i = 0; i + 1 < NewClauses.size(); ++i) {
2477     // Examine each filter in turn.
2478     Value *Filter = NewClauses[i];
2479     ArrayType *FTy = dyn_cast<ArrayType>(Filter->getType());
2480     if (!FTy)
2481       // Not a filter - skip it.
2482       continue;
2483     unsigned FElts = FTy->getNumElements();
2484     // Examine each filter following this one.  Doing this backwards means that
2485     // we don't have to worry about filters disappearing under us when removed.
2486     for (unsigned j = NewClauses.size() - 1; j != i; --j) {
2487       Value *LFilter = NewClauses[j];
2488       ArrayType *LTy = dyn_cast<ArrayType>(LFilter->getType());
2489       if (!LTy)
2490         // Not a filter - skip it.
2491         continue;
2492       // If Filter is a subset of LFilter, i.e. every element of Filter is also
2493       // an element of LFilter, then discard LFilter.
2494       SmallVectorImpl<Constant *>::iterator J = NewClauses.begin() + j;
2495       // If Filter is empty then it is a subset of LFilter.
2496       if (!FElts) {
2497         // Discard LFilter.
2498         NewClauses.erase(J);
2499         MakeNewInstruction = true;
2500         // Move on to the next filter.
2501         continue;
2502       }
2503       unsigned LElts = LTy->getNumElements();
2504       // If Filter is longer than LFilter then it cannot be a subset of it.
2505       if (FElts > LElts)
2506         // Move on to the next filter.
2507         continue;
2508       // At this point we know that LFilter has at least one element.
2509       if (isa<ConstantAggregateZero>(LFilter)) { // LFilter only contains zeros.
2510         // Filter is a subset of LFilter iff Filter contains only zeros (as we
2511         // already know that Filter is not longer than LFilter).
2512         if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) {
2513           assert(FElts <= LElts && "Should have handled this case earlier!");
2514           // Discard LFilter.
2515           NewClauses.erase(J);
2516           MakeNewInstruction = true;
2517         }
2518         // Move on to the next filter.
2519         continue;
2520       }
2521       ConstantArray *LArray = cast<ConstantArray>(LFilter);
2522       if (isa<ConstantAggregateZero>(Filter)) { // Filter only contains zeros.
2523         // Since Filter is non-empty and contains only zeros, it is a subset of
2524         // LFilter iff LFilter contains a zero.
2525         assert(FElts > 0 && "Should have eliminated the empty filter earlier!");
2526         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l)
2527           if (LArray->getOperand(l)->isNullValue()) {
2528             // LFilter contains a zero - discard it.
2529             NewClauses.erase(J);
2530             MakeNewInstruction = true;
2531             break;
2532           }
2533         // Move on to the next filter.
2534         continue;
2535       }
2536       // At this point we know that both filters are ConstantArrays.  Loop over
2537       // operands to see whether every element of Filter is also an element of
2538       // LFilter.  Since filters tend to be short this is probably faster than
2539       // using a method that scales nicely.
2540       ConstantArray *FArray = cast<ConstantArray>(Filter);
2541       bool AllFound = true;
2542       for (unsigned f = 0; f != FElts; ++f) {
2543         Value *FTypeInfo = FArray->getOperand(f)->stripPointerCasts();
2544         AllFound = false;
2545         for (unsigned l = 0; l != LElts; ++l) {
2546           Value *LTypeInfo = LArray->getOperand(l)->stripPointerCasts();
2547           if (LTypeInfo == FTypeInfo) {
2548             AllFound = true;
2549             break;
2550           }
2551         }
2552         if (!AllFound)
2553           break;
2554       }
2555       if (AllFound) {
2556         // Discard LFilter.
2557         NewClauses.erase(J);
2558         MakeNewInstruction = true;
2559       }
2560       // Move on to the next filter.
2561     }
2562   }
2563
2564   // If we changed any of the clauses, replace the old landingpad instruction
2565   // with a new one.
2566   if (MakeNewInstruction) {
2567     LandingPadInst *NLI = LandingPadInst::Create(LI.getType(),
2568                                                  LI.getPersonalityFn(),
2569                                                  NewClauses.size());
2570     for (unsigned i = 0, e = NewClauses.size(); i != e; ++i)
2571       NLI->addClause(NewClauses[i]);
2572     // A landing pad with no clauses must have the cleanup flag set.  It is
2573     // theoretically possible, though highly unlikely, that we eliminated all
2574     // clauses.  If so, force the cleanup flag to true.
2575     if (NewClauses.empty())
2576       CleanupFlag = true;
2577     NLI->setCleanup(CleanupFlag);
2578     return NLI;
2579   }
2580
2581   // Even if none of the clauses changed, we may nonetheless have understood
2582   // that the cleanup flag is pointless.  Clear it if so.
2583   if (LI.isCleanup() != CleanupFlag) {
2584     assert(!CleanupFlag && "Adding a cleanup, not removing one?!");
2585     LI.setCleanup(CleanupFlag);
2586     return &LI;
2587   }
2588
2589   return nullptr;
2590 }
2591
2592
2593
2594
2595 /// TryToSinkInstruction - Try to move the specified instruction from its
2596 /// current block into the beginning of DestBlock, which can only happen if it's
2597 /// safe to move the instruction past all of the instructions between it and the
2598 /// end of its block.
2599 static bool TryToSinkInstruction(Instruction *I, BasicBlock *DestBlock) {
2600   assert(I->hasOneUse() && "Invariants didn't hold!");
2601
2602   // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
2603   if (isa<PHINode>(I) || isa<LandingPadInst>(I) || I->mayHaveSideEffects() ||
2604       isa<TerminatorInst>(I))
2605     return false;
2606
2607   // Do not sink alloca instructions out of the entry block.
2608   if (isa<AllocaInst>(I) && I->getParent() ==
2609         &DestBlock->getParent()->getEntryBlock())
2610     return false;
2611
2612   // We can only sink load instructions if there is nothing between the load and
2613   // the end of block that could change the value.
2614   if (I->mayReadFromMemory()) {
2615     for (BasicBlock::iterator Scan = I, E = I->getParent()->end();
2616          Scan != E; ++Scan)
2617       if (Scan->mayWriteToMemory())
2618         return false;
2619   }
2620
2621   BasicBlock::iterator InsertPos = DestBlock->getFirstInsertionPt();
2622   I->moveBefore(InsertPos);
2623   ++NumSunkInst;
2624   return true;
2625 }
2626
2627
2628 /// AddReachableCodeToWorklist - Walk the function in depth-first order, adding
2629 /// all reachable code to the worklist.
2630 ///
2631 /// This has a couple of tricks to make the code faster and more powerful.  In
2632 /// particular, we constant fold and DCE instructions as we go, to avoid adding
2633 /// them to the worklist (this significantly speeds up instcombine on code where
2634 /// many instructions are dead or constant).  Additionally, if we find a branch
2635 /// whose condition is a known constant, we only visit the reachable successors.
2636 ///
2637 static bool AddReachableCodeToWorklist(BasicBlock *BB,
2638                                        SmallPtrSetImpl<BasicBlock*> &Visited,
2639                                        InstCombiner &IC,
2640                                        const DataLayout *DL,
2641                                        const TargetLibraryInfo *TLI) {
2642   bool MadeIRChange = false;
2643   SmallVector<BasicBlock*, 256> Worklist;
2644   Worklist.push_back(BB);
2645
2646   SmallVector<Instruction*, 128> InstrsForInstCombineWorklist;
2647   DenseMap<ConstantExpr*, Constant*> FoldedConstants;
2648
2649   do {
2650     BB = Worklist.pop_back_val();
2651
2652     // We have now visited this block!  If we've already been here, ignore it.
2653     if (!Visited.insert(BB)) continue;
2654
2655     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(), E = BB->end(); BBI != E; ) {
2656       Instruction *Inst = BBI++;
2657
2658       // DCE instruction if trivially dead.
2659       if (isInstructionTriviallyDead(Inst, TLI)) {
2660         ++NumDeadInst;
2661         DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *Inst << '\n');
2662         Inst->eraseFromParent();
2663         continue;
2664       }
2665
2666       // ConstantProp instruction if trivially constant.
2667       if (!Inst->use_empty() && isa<Constant>(Inst->getOperand(0)))
2668         if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, DL, TLI)) {
2669           DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: "
2670                        << *Inst << '\n');
2671           Inst->replaceAllUsesWith(C);
2672           ++NumConstProp;
2673           Inst->eraseFromParent();
2674           continue;
2675         }
2676
2677       if (DL) {
2678         // See if we can constant fold its operands.
2679         for (User::op_iterator i = Inst->op_begin(), e = Inst->op_end();
2680              i != e; ++i) {
2681           ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(i);
2682           if (CE == nullptr) continue;
2683
2684           Constant*& FoldRes = FoldedConstants[CE];
2685           if (!FoldRes)
2686             FoldRes = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2687           if (!FoldRes)
2688             FoldRes = CE;
2689
2690           if (FoldRes != CE) {
2691             *i = FoldRes;
2692             MadeIRChange = true;
2693           }
2694         }
2695       }
2696
2697       InstrsForInstCombineWorklist.push_back(Inst);
2698     }
2699
2700     // Recursively visit successors.  If this is a branch or switch on a
2701     // constant, only visit the reachable successor.
2702     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
2703     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2704       if (BI->isConditional() && isa<ConstantInt>(BI->getCondition())) {
2705         bool CondVal = cast<ConstantInt>(BI->getCondition())->getZExtValue();
2706         BasicBlock *ReachableBB = BI->getSuccessor(!CondVal);
2707         Worklist.push_back(ReachableBB);
2708         continue;
2709       }
2710     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2711       if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(SI->getCondition())) {
2712         // See if this is an explicit destination.
2713         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2714              i != e; ++i)
2715           if (i.getCaseValue() == Cond) {
2716             BasicBlock *ReachableBB = i.getCaseSuccessor();
2717             Worklist.push_back(ReachableBB);
2718             continue;
2719           }
2720
2721         // Otherwise it is the default destination.
2722         Worklist.push_back(SI->getDefaultDest());
2723         continue;
2724       }
2725     }
2726
2727     for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
2728       Worklist.push_back(TI->getSuccessor(i));
2729   } while (!Worklist.empty());
2730
2731   // Once we've found all of the instructions to add to instcombine's worklist,
2732   // add them in reverse order.  This way instcombine will visit from the top
2733   // of the function down.  This jives well with the way that it adds all uses
2734   // of instructions to the worklist after doing a transformation, thus avoiding
2735   // some N^2 behavior in pathological cases.
2736   IC.Worklist.AddInitialGroup(&InstrsForInstCombineWorklist[0],
2737                               InstrsForInstCombineWorklist.size());
2738
2739   return MadeIRChange;
2740 }
2741
2742 bool InstCombiner::DoOneIteration(Function &F, unsigned Iteration) {
2743   MadeIRChange = false;
2744
2745   DEBUG(dbgs() << "\n\nINSTCOMBINE ITERATION #" << Iteration << " on "
2746                << F.getName() << "\n");
2747
2748   {
2749     // Do a depth-first traversal of the function, populate the worklist with
2750     // the reachable instructions.  Ignore blocks that are not reachable.  Keep
2751     // track of which blocks we visit.
2752     SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> Visited;
2753     MadeIRChange |= AddReachableCodeToWorklist(F.begin(), Visited, *this, DL,
2754                                                TLI);
2755
2756     // Do a quick scan over the function.  If we find any blocks that are
2757     // unreachable, remove any instructions inside of them.  This prevents
2758     // the instcombine code from having to deal with some bad special cases.
2759     for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB) {
2760       if (Visited.count(BB)) continue;
2761
2762       // Delete the instructions backwards, as it has a reduced likelihood of
2763       // having to update as many def-use and use-def chains.
2764       Instruction *EndInst = BB->getTerminator(); // Last not to be deleted.
2765       while (EndInst != BB->begin()) {
2766         // Delete the next to last instruction.
2767         BasicBlock::iterator I = EndInst;
2768         Instruction *Inst = --I;
2769         if (!Inst->use_empty())
2770           Inst->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(Inst->getType()));
2771         if (isa<LandingPadInst>(Inst)) {
2772           EndInst = Inst;
2773           continue;
2774         }
2775         if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst)) {
2776           ++NumDeadInst;
2777           MadeIRChange = true;
2778         }
2779         Inst->eraseFromParent();
2780       }
2781     }
2782   }
2783
2784   while (!Worklist.isEmpty()) {
2785     Instruction *I = Worklist.RemoveOne();
2786     if (I == nullptr) continue;  // skip null values.
2787
2788     // Check to see if we can DCE the instruction.
2789     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2790       DEBUG(dbgs() << "IC: DCE: " << *I << '\n');
2791       EraseInstFromFunction(*I);
2792       ++NumDeadInst;
2793       MadeIRChange = true;
2794       continue;
2795     }
2796
2797     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it.
2798     if (!I->use_empty() && isa<Constant>(I->getOperand(0)))
2799       if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
2800         DEBUG(dbgs() << "IC: ConstFold to: " << *C << " from: " << *I << '\n');
2801
2802         // Add operands to the worklist.
2803         ReplaceInstUsesWith(*I, C);
2804         ++NumConstProp;
2805         EraseInstFromFunction(*I);
2806         MadeIRChange = true;
2807         continue;
2808       }
2809
2810     // See if we can trivially sink this instruction to a successor basic block.
2811     if (I->hasOneUse()) {
2812       BasicBlock *BB = I->getParent();
2813       Instruction *UserInst = cast<Instruction>(*I->user_begin());
2814       BasicBlock *UserParent;
2815
2816       // Get the block the use occurs in.
2817       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UserInst))
2818         UserParent = PN->getIncomingBlock(*I->use_begin());
2819       else
2820         UserParent = UserInst->getParent();
2821
2822       if (UserParent != BB) {
2823         bool UserIsSuccessor = false;
2824         // See if the user is one of our successors.
2825         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI)
2826           if (*SI == UserParent) {
2827             UserIsSuccessor = true;
2828             break;
2829           }
2830
2831         // If the user is one of our immediate successors, and if that successor
2832         // only has us as a predecessors (we'd have to split the critical edge
2833         // otherwise), we can keep going.
2834         if (UserIsSuccessor && UserParent->getSinglePredecessor()) {
2835           // Okay, the CFG is simple enough, try to sink this instruction.
2836           if (TryToSinkInstruction(I, UserParent)) {
2837             MadeIRChange = true;
2838             // We'll add uses of the sunk instruction below, but since sinking
2839             // can expose opportunities for it's *operands* add them to the
2840             // worklist
2841             for (Use &U : I->operands())
2842               if (Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2843                 Worklist.Add(OpI);
2844           }
2845         }
2846       }
2847     }
2848
2849     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it.
2850     Builder->SetInsertPoint(I->getParent(), I);
2851     Builder->SetCurrentDebugLocation(I->getDebugLoc());
2852
2853 #ifndef NDEBUG
2854     std::string OrigI;
2855 #endif
2856     DEBUG(raw_string_ostream SS(OrigI); I->print(SS); OrigI = SS.str(););
2857     DEBUG(dbgs() << "IC: Visiting: " << OrigI << '\n');
2858
2859     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
2860       ++NumCombined;
2861       // Should we replace the old instruction with a new one?
2862       if (Result != I) {
2863         DEBUG(dbgs() << "IC: Old = " << *I << '\n'
2864                      << "    New = " << *Result << '\n');
2865
2866         if (!I->getDebugLoc().isUnknown())
2867           Result->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
2868         // Everything uses the new instruction now.
2869         I->replaceAllUsesWith(Result);
2870
2871         // Move the name to the new instruction first.
2872         Result->takeName(I);
2873
2874         // Push the new instruction and any users onto the worklist.
2875         Worklist.Add(Result);
2876         Worklist.AddUsersToWorkList(*Result);
2877
2878         // Insert the new instruction into the basic block...
2879         BasicBlock *InstParent = I->getParent();
2880         BasicBlock::iterator InsertPos = I;
2881
2882         // If we replace a PHI with something that isn't a PHI, fix up the
2883         // insertion point.
2884         if (!isa<PHINode>(Result) && isa<PHINode>(InsertPos))
2885           InsertPos = InstParent->getFirstInsertionPt();
2886
2887         InstParent->getInstList().insert(InsertPos, Result);
2888
2889         EraseInstFromFunction(*I);
2890       } else {
2891 #ifndef NDEBUG
2892         DEBUG(dbgs() << "IC: Mod = " << OrigI << '\n'
2893                      << "    New = " << *I << '\n');
2894 #endif
2895
2896         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
2897         // if so, remove it.
2898         if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
2899           EraseInstFromFunction(*I);
2900         } else {
2901           Worklist.Add(I);
2902           Worklist.AddUsersToWorkList(*I);
2903         }
2904       }
2905       MadeIRChange = true;
2906     }
2907   }
2908
2909   Worklist.Zap();
2910   return MadeIRChange;
2911 }
2912
2913 namespace {
2914 class InstCombinerLibCallSimplifier final : public LibCallSimplifier {
2915   InstCombiner *IC;
2916 public:
2917   InstCombinerLibCallSimplifier(const DataLayout *DL,
2918                                 const TargetLibraryInfo *TLI,
2919                                 InstCombiner *IC)
2920     : LibCallSimplifier(DL, TLI, EnableUnsafeFPShrink) {
2921     this->IC = IC;
2922   }
2923
2924   /// replaceAllUsesWith - override so that instruction replacement
2925   /// can be defined in terms of the instruction combiner framework.
2926   void replaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *With) const override {
2927     IC->ReplaceInstUsesWith(*I, With);
2928   }
2929 };
2930 }
2931
2932 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
2933   if (skipOptnoneFunction(F))
2934     return false;
2935
2936   AT = &getAnalysis<AssumptionTracker>();
2937   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2938   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2939   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2940   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2941
2942   // Minimizing size?
2943   MinimizeSize = F.getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
2944                                                 Attribute::MinSize);
2945
2946   /// Builder - This is an IRBuilder that automatically inserts new
2947   /// instructions into the worklist when they are created.
2948   IRBuilder<true, TargetFolder, InstCombineIRInserter>
2949     TheBuilder(F.getContext(), TargetFolder(DL),
2950                InstCombineIRInserter(Worklist, AT));
2951   Builder = &TheBuilder;
2952
2953   InstCombinerLibCallSimplifier TheSimplifier(DL, TLI, this);
2954   Simplifier = &TheSimplifier;
2955
2956   bool EverMadeChange = false;
2957
2958   // Lower dbg.declare intrinsics otherwise their value may be clobbered
2959   // by instcombiner.
2960   EverMadeChange = LowerDbgDeclare(F);
2961
2962   // Iterate while there is work to do.
2963   unsigned Iteration = 0;
2964   while (DoOneIteration(F, Iteration++))
2965     EverMadeChange = true;
2966
2967   Builder = nullptr;
2968   return EverMadeChange;
2969 }
2970
2971 FunctionPass *llvm::createInstructionCombiningPass() {
2972   return new InstCombiner();
2973 }