lib/Transforms/Scalar/InstructionCombining.cpp

   1 //===- InstructionCombining.cpp - Combine multiple instructions -----------===//
   2 //
   3 // InstructionCombining - Combine instructions to form fewer, simple
   4 // instructions.  This pass does not modify the CFG This pass is where algebraic
   5 // simplification happens.
   6 //
   7 // This pass combines things like:
   8 //    %Y = add int 1, %X
   9 //    %Z = add int 1, %Y
  10 // into:
  11 //    %Z = add int 2, %X
  12 //
  13 // This is a simple worklist driven algorithm.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  18 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  19 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  20 #include "llvm/Instructions.h"
  21 #include "llvm/Pass.h"
  22 #include "llvm/Constants.h"
  23 #include "llvm/ConstantHandling.h"
  24 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  25 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  26 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
  27 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
  28 #include "llvm/Support/CallSite.h"
  29 #include "Support/Statistic.h"
  30 #include <algorithm>
  31
  32 namespace {
  33   Statistic<> NumCombined ("instcombine", "Number of insts combined");
  34   Statistic<> NumConstProp("instcombine", "Number of constant folds");
  35   Statistic<> NumDeadInst ("instcombine", "Number of dead inst eliminated");
  36
  37   class InstCombiner : public FunctionPass,
  38                        public InstVisitor<InstCombiner, Instruction*> {
  39     // Worklist of all of the instructions that need to be simplified.
  40     std::vector<Instruction*> WorkList;
  41
  42     void AddUsesToWorkList(Instruction &I) {
  43       // The instruction was simplified, add all users of the instruction to
  44       // the work lists because they might get more simplified now...
  45       //
  46       for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
  47            UI != UE; ++UI)
  48         WorkList.push_back(cast<Instruction>(*UI));
  49     }
  50
  51     // removeFromWorkList - remove all instances of I from the worklist.
  52     void removeFromWorkList(Instruction *I);
  53   public:
  54     virtual bool runOnFunction(Function &F);
  55
  56     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  57       AU.setPreservesCFG();
  58     }
  59
  60     // Visitation implementation - Implement instruction combining for different
  61     // instruction types.  The semantics are as follows:
  62     // Return Value:
  63     //    null        - No change was made
  64     //     I          - Change was made, I is still valid, I may be dead though
  65     //   otherwise    - Change was made, replace I with returned instruction
  66     //
  67     Instruction *visitAdd(BinaryOperator &I);
  68     Instruction *visitSub(BinaryOperator &I);
  69     Instruction *visitMul(BinaryOperator &I);
  70     Instruction *visitDiv(BinaryOperator &I);
  71     Instruction *visitRem(BinaryOperator &I);
  72     Instruction *visitAnd(BinaryOperator &I);
  73     Instruction *visitOr (BinaryOperator &I);
  74     Instruction *visitXor(BinaryOperator &I);
  75     Instruction *visitSetCondInst(BinaryOperator &I);
  76     Instruction *visitShiftInst(ShiftInst &I);
  77     Instruction *visitCastInst(CastInst &CI);
  78     Instruction *visitCallInst(CallInst &CI);
  79     Instruction *visitInvokeInst(InvokeInst &II);
  80     Instruction *visitPHINode(PHINode &PN);
  81     Instruction *visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
  82     Instruction *visitAllocationInst(AllocationInst &AI);
  83     Instruction *visitLoadInst(LoadInst &LI);
  84     Instruction *visitBranchInst(BranchInst &BI);
  85
  86     // visitInstruction - Specify what to return for unhandled instructions...
  87     Instruction *visitInstruction(Instruction &I) { return 0; }
  88
  89   private:
  90     bool transformConstExprCastCall(CallSite CS);
  91
  92     // InsertNewInstBefore - insert an instruction New before instruction Old
  93     // in the program.  Add the new instruction to the worklist.
  94     //
  95     void InsertNewInstBefore(Instruction *New, Instruction &Old) {
  96       assert(New && New->getParent() == 0 &&
  97              "New instruction already inserted into a basic block!");
  98       BasicBlock *BB = Old.getParent();
  99       BB->getInstList().insert(&Old, New);  // Insert inst
 100       WorkList.push_back(New);              // Add to worklist
 101     }
 102
 103     // ReplaceInstUsesWith - This method is to be used when an instruction is
 104     // found to be dead, replacable with another preexisting expression.  Here
 105     // we add all uses of I to the worklist, replace all uses of I with the new
 106     // value, then return I, so that the inst combiner will know that I was
 107     // modified.
 108     //
 109     Instruction *ReplaceInstUsesWith(Instruction &I, Value *V) {
 110       AddUsesToWorkList(I);         // Add all modified instrs to worklist
 111       I.replaceAllUsesWith(V);
 112       return &I;
 113     }
 114
 115     // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
 116     // operators...
 117     bool SimplifyCommutative(BinaryOperator &I);
 118   };
 119
 120   RegisterOpt<InstCombiner> X("instcombine", "Combine redundant instructions");
 121 }
 122
 123 // getComplexity:  Assign a complexity or rank value to LLVM Values...
 124 //   0 -> Constant, 1 -> Other, 2 -> Argument, 2 -> Unary, 3 -> OtherInst
 125 static unsigned getComplexity(Value *V) {
 126   if (isa<Instruction>(V)) {
 127     if (BinaryOperator::isNeg(V) || BinaryOperator::isNot(V))
 128       return 2;
 129     return 3;
 130   }
 131   if (isa<Argument>(V)) return 2;
 132   return isa<Constant>(V) ? 0 : 1;
 133 }
 134
 135 // isOnlyUse - Return true if this instruction will be deleted if we stop using
 136 // it.
 137 static bool isOnlyUse(Value *V) {
 138   return V->use_size() == 1 || isa<Constant>(V);
 139 }
 140
 141 // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
 142 // operators:
 143 //
 144 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
 145 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
 146 //     binary operators.
 147 //
 148 //  2. Transform: (op (op V, C1), C2) ==> (op V, (op C1, C2))
 149 //  3. Transform: (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
 150 //
 151 bool InstCombiner::SimplifyCommutative(BinaryOperator &I) {
 152   bool Changed = false;
 153   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1)))
 154     Changed = !I.swapOperands();
 155
 156   if (!I.isAssociative()) return Changed;
 157   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
 158   if (BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0)))
 159     if (Op->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op->getOperand(1))) {
 160       if (isa<Constant>(I.getOperand(1))) {
 161         Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(),
 162                                              cast<Constant>(I.getOperand(1)),
 163                                              cast<Constant>(Op->getOperand(1)));
 164         I.setOperand(0, Op->getOperand(0));
 165         I.setOperand(1, Folded);
 166         return true;
 167       } else if (BinaryOperator *Op1=dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1)))
 168         if (Op1->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
 169             isOnlyUse(Op) && isOnlyUse(Op1)) {
 170           Constant *C1 = cast<Constant>(Op->getOperand(1));
 171           Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
 172
 173           // Fold (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
 174           Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), C1, C2);
 175           Instruction *New = BinaryOperator::create(Opcode, Op->getOperand(0),
 176                                                     Op1->getOperand(0),
 177                                                     Op1->getName(), &I);
 178           WorkList.push_back(New);
 179           I.setOperand(0, New);
 180           I.setOperand(1, Folded);
 181           return true;
 182         }
 183     }
 184   return Changed;
 185 }
 186
 187 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
 188 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
 189 //
 190 static inline Value *dyn_castNegVal(Value *V) {
 191   if (BinaryOperator::isNeg(V))
 192     return BinaryOperator::getNegArgument(cast<BinaryOperator>(V));
 193
 194   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded...
 195   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
 196     return ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
 197                              Constant::getNullValue(V->getType()), C);
 198   return 0;
 199 }
 200
 201 static inline Value *dyn_castNotVal(Value *V) {
 202   if (BinaryOperator::isNot(V))
 203     return BinaryOperator::getNotArgument(cast<BinaryOperator>(V));
 204
 205   // Constants can be considered to be not'ed values...
 206   if (ConstantIntegral *C = dyn_cast<ConstantIntegral>(V))
 207     return ConstantExpr::get(Instruction::Xor,
 208                              ConstantIntegral::getAllOnesValue(C->getType()),C);
 209   return 0;
 210 }
 211
 212 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
 213 // other computations (because it has a constant operand), return the
 214 // non-constant operand of the multiply.
 215 //
 216 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V) {
 217   if (V->use_size() == 1 && V->getType()->isInteger())
 218     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 219       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
 220         if (isa<Constant>(I->getOperand(1)))
 221           return I->getOperand(0);
 222   return 0;
 223 }
 224
 225 // dyn_castMaskingAnd - If this value is an And instruction masking a value with
 226 // a constant, return the constant being anded with.
 227 //
 228 static inline Constant *dyn_castMaskingAnd(Value *V) {
 229   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 230     if (I->getOpcode() == Instruction::And)
 231       return dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1));
 232
 233   // If this is a constant, it acts just like we were masking with it.
 234   return dyn_cast<Constant>(V);
 235 }
 236
 237 // Log2 - Calculate the log base 2 for the specified value if it is exactly a
 238 // power of 2.
 239 static unsigned Log2(uint64_t Val) {
 240   assert(Val > 1 && "Values 0 and 1 should be handled elsewhere!");
 241   unsigned Count = 0;
 242   while (Val != 1) {
 243     if (Val & 1) return 0;    // Multiple bits set?
 244     Val >>= 1;
 245     ++Count;
 246   }
 247   return Count;
 248 }
 249
 250 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
 251   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 252   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 253
 254   // Eliminate 'add int %X, 0'
 255   if (RHS == Constant::getNullValue(I.getType()))
 256     return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
 257
 258   // -A + B  -->  B - A
 259   if (Value *V = dyn_castNegVal(LHS))
 260     return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, RHS, V);
 261
 262   // A + -B  -->  A - B
 263   if (!isa<Constant>(RHS))
 264     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
 265       return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, LHS, V);
 266
 267   // X*C + X --> X * (C+1)
 268   if (dyn_castFoldableMul(LHS) == RHS) {
 269     Constant *CP1 =
 270       ConstantExpr::get(Instruction::Add,
 271                         cast<Constant>(cast<Instruction>(LHS)->getOperand(1)),
 272                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 273     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, RHS, CP1);
 274   }
 275
 276   // X + X*C --> X * (C+1)
 277   if (dyn_castFoldableMul(RHS) == LHS) {
 278     Constant *CP1 =
 279       ConstantExpr::get(Instruction::Add,
 280                         cast<Constant>(cast<Instruction>(RHS)->getOperand(1)),
 281                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 282     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, LHS, CP1);
 283   }
 284
 285   // (A & C1)+(B & C2) -> (A & C1)|(B & C2) iff C1&C2 == 0
 286   if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(LHS))
 287     if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(RHS))
 288       if (ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue())
 289         return BinaryOperator::create(Instruction::Or, LHS, RHS);
 290
 291   return Changed ? &I : 0;
 292 }
 293
 294 // isSignBit - Return true if the value represented by the constant only has the
 295 // highest order bit set.
 296 static bool isSignBit(ConstantInt *CI) {
 297   unsigned NumBits = CI->getType()->getPrimitiveSize()*8;
 298   return (CI->getRawValue() & ~(-1LL << NumBits)) == (1ULL << (NumBits-1));
 299 }
 300
 301 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
 302   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 303
 304   if (Op0 == Op1)         // sub X, X  -> 0
 305     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 306
 307   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
 308   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1))
 309     return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, V);
 310
 311   // Replace (-1 - A) with (~A)...
 312   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
 313     if (C->isAllOnesValue())
 314       return BinaryOperator::createNot(Op1);
 315
 316   if (BinaryOperator *Op1I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1))
 317     if (Op1I->use_size() == 1) {
 318       // Replace (x - (y - z)) with (x + (z - y)) if the (y - z) subexpression
 319       // is not used by anyone else...
 320       //
 321       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
 322         // Swap the two operands of the subexpr...
 323         Value *IIOp0 = Op1I->getOperand(0), *IIOp1 = Op1I->getOperand(1);
 324         Op1I->setOperand(0, IIOp1);
 325         Op1I->setOperand(1, IIOp0);
 326
 327         // Create the new top level add instruction...
 328         return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, Op1);
 329       }
 330
 331       // Replace (A - (A & B)) with (A & ~B) if this is the only use of (A&B)...
 332       //
 333       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::And &&
 334           (Op1I->getOperand(0) == Op0 || Op1I->getOperand(1) == Op0)) {
 335         Value *OtherOp = Op1I->getOperand(Op1I->getOperand(0) == Op0);
 336
 337         Instruction *NewNot = BinaryOperator::createNot(OtherOp, "B.not", &I);
 338         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0, NewNot);
 339       }
 340
 341       // X - X*C --> X * (1-C)
 342       if (dyn_castFoldableMul(Op1I) == Op0) {
 343         Constant *CP1 =
 344           ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
 345                             ConstantInt::get(I.getType(), 1),
 346                          cast<Constant>(cast<Instruction>(Op1)->getOperand(1)));
 347         assert(CP1 && "Couldn't constant fold 1-C?");
 348         return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0, CP1);
 349       }
 350     }
 351
 352   // X*C - X --> X * (C-1)
 353   if (dyn_castFoldableMul(Op0) == Op1) {
 354     Constant *CP1 =
 355       ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
 356                         cast<Constant>(cast<Instruction>(Op0)->getOperand(1)),
 357                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
 358     assert(CP1 && "Couldn't constant fold C - 1?");
 359     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op1, CP1);
 360   }
 361
 362   return 0;
 363 }
 364
 365 Instruction *InstCombiner::visitMul(BinaryOperator &I) {
 366   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 367   Value *Op0 = I.getOperand(0);
 368
 369   // Simplify mul instructions with a constant RHS...
 370   if (Constant *Op1 = dyn_cast<Constant>(I.getOperand(1))) {
 371     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 372       const Type *Ty = CI->getType();
 373       int64_t Val = (int64_t)cast<ConstantInt>(CI)->getRawValue();
 374       switch (Val) {
 375       case -1:                               // X * -1 -> -X
 376         return BinaryOperator::createNeg(Op0, I.getName());
 377       case 0:
 378         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);  // Eliminate 'mul double %X, 0'
 379       case 1:
 380         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);  // Eliminate 'mul int %X, 1'
 381       case 2:                     // Convert 'mul int %X, 2' to 'add int %X, %X'
 382         return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, Op0, I.getName());
 383       }
 384
 385       if (uint64_t C = Log2(Val))            // Replace X*(2^C) with X << C
 386         return new ShiftInst(Instruction::Shl, Op0,
 387                              ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
 388     } else {
 389       ConstantFP *Op1F = cast<ConstantFP>(Op1);
 390       if (Op1F->isNullValue())
 391         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
 392
 393       // "In IEEE floating point, x*1 is not equivalent to x for nans.  However,
 394       // ANSI says we can drop signals, so we can do this anyway." (from GCC)
 395       if (Op1F->getValue() == 1.0)
 396         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);  // Eliminate 'mul double %X, 1.0'
 397     }
 398   }
 399
 400   if (Value *Op0v = dyn_castNegVal(Op0))     // -X * -Y = X*Y
 401     if (Value *Op1v = dyn_castNegVal(I.getOperand(1)))
 402       return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0v, Op1v);
 403
 404   return Changed ? &I : 0;
 405 }
 406
 407 Instruction *InstCombiner::visitDiv(BinaryOperator &I) {
 408   // div X, 1 == X
 409   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
 410     if (RHS->equalsInt(1))
 411       return ReplaceInstUsesWith(I, I.getOperand(0));
 412
 413     // Check to see if this is an unsigned division with an exact power of 2,
 414     // if so, convert to a right shift.
 415     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
 416       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X / 0
 417         if (uint64_t C = Log2(Val))
 418           return new ShiftInst(Instruction::Shr, I.getOperand(0),
 419                                ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
 420   }
 421
 422   // 0 / X == 0, we don't need to preserve faults!
 423   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
 424     if (LHS->equalsInt(0))
 425       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 426
 427   return 0;
 428 }
 429
 430
 431 Instruction *InstCombiner::visitRem(BinaryOperator &I) {
 432   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
 433     if (RHS->equalsInt(1))  // X % 1 == 0
 434       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 435
 436     // Check to see if this is an unsigned remainder with an exact power of 2,
 437     // if so, convert to a bitwise and.
 438     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
 439       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X % 0 (divide by zero)
 440         if (Log2(Val))
 441           return BinaryOperator::create(Instruction::And, I.getOperand(0),
 442                                         ConstantUInt::get(I.getType(), Val-1));
 443   }
 444
 445   // 0 % X == 0, we don't need to preserve faults!
 446   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
 447     if (LHS->equalsInt(0))
 448       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 449
 450   return 0;
 451 }
 452
 453 // isMaxValueMinusOne - return true if this is Max-1
 454 static bool isMaxValueMinusOne(const ConstantInt *C) {
 455   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C)) {
 456     // Calculate -1 casted to the right type...
 457     unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
 458     uint64_t Val = ~0ULL;                // All ones
 459     Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
 460     return CU->getValue() == Val-1;
 461   }
 462
 463   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
 464
 465   // Calculate 0111111111..11111
 466   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
 467   int64_t Val = INT64_MAX;             // All ones
 468   Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
 469   return CS->getValue() == Val-1;
 470 }
 471
 472 // isMinValuePlusOne - return true if this is Min+1
 473 static bool isMinValuePlusOne(const ConstantInt *C) {
 474   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C))
 475     return CU->getValue() == 1;
 476
 477   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
 478
 479   // Calculate 1111111111000000000000
 480   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
 481   int64_t Val = -1;                    // All ones
 482   Val <<= TypeBits-1;                  // Shift over to the right spot
 483   return CS->getValue() == Val+1;
 484 }
 485
 486
 487 Instruction *InstCombiner::visitAnd(BinaryOperator &I) {
 488   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 489   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 490
 491   // and X, X = X   and X, 0 == 0
 492   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
 493     return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
 494
 495   // and X, -1 == X
 496   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
 497     if (RHS->isAllOnesValue())
 498       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 499
 500     if (BinaryOperator *Op0I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
 501       Value *X = Op0I->getOperand(0);
 502       if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1)))
 503         if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Xor) {
 504           if ((*RHS & *Op0CI)->isNullValue()) {
 505             // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) iff (C1&C2) == 0
 506             return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, RHS);
 507           } else if (isOnlyUse(Op0)) {
 508             // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) ^ (C1&C2)
 509             std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
 510             Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And,
 511                                                       X, RHS, Op0Name);
 512             InsertNewInstBefore(And, I);
 513             return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, And, *RHS & *Op0CI);
 514           }
 515         } else if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Or) {
 516           // (X | C1) & C2 --> X & C2 iff C1 & C1 == 0
 517           if ((*RHS & *Op0CI)->isNullValue())
 518             return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, RHS);
 519
 520           Constant *Together = *RHS & *Op0CI;
 521           if (Together == RHS) // (X | C) & C --> C
 522             return ReplaceInstUsesWith(I, RHS);
 523
 524           if (isOnlyUse(Op0)) {
 525             if (Together != Op0CI) {
 526               // (X | C1) & C2 --> (X | (C1&C2)) & C2
 527               std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
 528               Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, X,
 529                                                        Together, Op0Name);
 530               InsertNewInstBefore(Or, I);
 531               return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or, RHS);
 532             }
 533           }
 534         }
 535     }
 536   }
 537
 538   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
 539   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
 540
 541   // (~A & ~B) == (~(A | B)) - Demorgan's Law
 542   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
 543     Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0NotVal,
 544                                              Op1NotVal,I.getName()+".demorgan");
 545     InsertNewInstBefore(Or, I);
 546     return BinaryOperator::createNot(Or);
 547   }
 548
 549   if (Op0NotVal == Op1 || Op1NotVal == Op0)  // A & ~A  == ~A & A == 0
 550     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 551
 552   return Changed ? &I : 0;
 553 }
 554
 555
 556
 557 Instruction *InstCombiner::visitOr(BinaryOperator &I) {
 558   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 559   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 560
 561   // or X, X = X   or X, 0 == X
 562   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
 563     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 564
 565   // or X, -1 == -1
 566   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
 567     if (RHS->isAllOnesValue())
 568       return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
 569
 570     if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
 571       // (X & C1) | C2 --> (X | C2) & (C1|C2)
 572       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::And && isOnlyUse(Op0))
 573         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
 574           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
 575           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
 576                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
 577                                                    Op0Name);
 578           InsertNewInstBefore(Or, I);
 579           return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or, *RHS | *Op0CI);
 580         }
 581
 582       // (X ^ C1) | C2 --> (X | C2) ^ (C1&~C2)
 583       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Xor && isOnlyUse(Op0))
 584         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
 585           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
 586           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
 587                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
 588                                                    Op0Name);
 589           InsertNewInstBefore(Or, I);
 590           return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Or, *Op0CI & *~*RHS);
 591         }
 592     }
 593   }
 594
 595   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
 596   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
 597
 598   if (Op1 == Op0NotVal)   // ~A | A == -1
 599     return ReplaceInstUsesWith(I,
 600                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
 601
 602   if (Op0 == Op1NotVal)   // A | ~A == -1
 603     return ReplaceInstUsesWith(I,
 604                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
 605
 606   // (~A | ~B) == (~(A & B)) - Demorgan's Law
 607   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
 608     Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0NotVal,
 609                                               Op1NotVal,I.getName()+".demorgan",
 610                                               &I);
 611     WorkList.push_back(And);
 612     return BinaryOperator::createNot(And);
 613   }
 614
 615   return Changed ? &I : 0;
 616 }
 617
 618
 619
 620 Instruction *InstCombiner::visitXor(BinaryOperator &I) {
 621   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 622   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 623
 624   // xor X, X = 0
 625   if (Op0 == Op1)
 626     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
 627
 628   if (ConstantIntegral *Op1C = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
 629     // xor X, 0 == X
 630     if (Op1C->isNullValue())
 631       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 632
 633     // Is this a "NOT" instruction?
 634     if (Op1C->isAllOnesValue()) {
 635       // xor (xor X, -1), -1 = not (not X) = X
 636       if (Value *X = dyn_castNotVal(Op0))
 637         return ReplaceInstUsesWith(I, X);
 638
 639       // xor (setcc A, B), true = not (setcc A, B) = setncc A, B
 640       if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(Op0))
 641         if (SCI->use_size() == 1)
 642           return new SetCondInst(SCI->getInverseCondition(),
 643                                  SCI->getOperand(0), SCI->getOperand(1));
 644     }
 645   }
 646
 647   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op0))   // ~A ^ A == -1
 648     if (X == Op1)
 649       return ReplaceInstUsesWith(I,
 650                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
 651
 652   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op1))   // A ^ ~A == -1
 653     if (X == Op0)
 654       return ReplaceInstUsesWith(I,
 655                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
 656
 657   if (Instruction *Op1I = dyn_cast<Instruction>(Op1))
 658     if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Or)
 659       if (Op1I->getOperand(0) == Op0) {              // B^(B|A) == (A|B)^B
 660         cast<BinaryOperator>(Op1I)->swapOperands();
 661         I.swapOperands();
 662         std::swap(Op0, Op1);
 663       } else if (Op1I->getOperand(1) == Op0) {       // B^(A|B) == (A|B)^B
 664         I.swapOperands();
 665         std::swap(Op0, Op1);
 666       }
 667
 668   if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0))
 669     if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Or && Op0I->use_size() == 1) {
 670       if (Op0I->getOperand(0) == Op1)                // (B|A)^B == (A|B)^B
 671         cast<BinaryOperator>(Op0I)->swapOperands();
 672       if (Op0I->getOperand(1) == Op1) {              // (A|B)^B == A & ~B
 673         Value *NotB = BinaryOperator::createNot(Op1, Op1->getName()+".not", &I);
 674         WorkList.push_back(cast<Instruction>(NotB));
 675         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0I->getOperand(0),
 676                                       NotB);
 677       }
 678     }
 679
 680   // (A & C1)^(B & C2) -> (A & C1)|(B & C2) iff C1^C2 == 0
 681   if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(Op0))
 682     if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(Op1))
 683       if (ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue())
 684         return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0, Op1);
 685
 686   return Changed ? &I : 0;
 687 }
 688
 689 // AddOne, SubOne - Add or subtract a constant one from an integer constant...
 690 static Constant *AddOne(ConstantInt *C) {
 691   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Add, C,
 692                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
 693   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
 694   return Result;
 695 }
 696 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
 697   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Sub, C,
 698                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
 699   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
 700   return Result;
 701 }
 702
 703 // isTrueWhenEqual - Return true if the specified setcondinst instruction is
 704 // true when both operands are equal...
 705 //
 706 static bool isTrueWhenEqual(Instruction &I) {
 707   return I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
 708          I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
 709          I.getOpcode() == Instruction::SetLE;
 710 }
 711
 712 Instruction *InstCombiner::visitSetCondInst(BinaryOperator &I) {
 713   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
 714   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 715   const Type *Ty = Op0->getType();
 716
 717   // setcc X, X
 718   if (Op0 == Op1)
 719     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isTrueWhenEqual(I)));
 720
 721   // setcc <global*>, 0 - Global value addresses are never null!
 722   if (isa<GlobalValue>(Op0) && isa<ConstantPointerNull>(Op1))
 723     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(!isTrueWhenEqual(I)));
 724
 725   // setcc's with boolean values can always be turned into bitwise operations
 726   if (Ty == Type::BoolTy) {
 727     // If this is <, >, or !=, we can change this into a simple xor instruction
 728     if (!isTrueWhenEqual(I))
 729       return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1, I.getName());
 730
 731     // Otherwise we need to make a temporary intermediate instruction and insert
 732     // it into the instruction stream.  This is what we are after:
 733     //
 734     //  seteq bool %A, %B -> ~(A^B)
 735     //  setle bool %A, %B -> ~A | B
 736     //  setge bool %A, %B -> A | ~B
 737     //
 738     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ) {  // seteq case
 739       Instruction *Xor = BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1,
 740                                                 I.getName()+"tmp");
 741       InsertNewInstBefore(Xor, I);
 742       return BinaryOperator::createNot(Xor, I.getName());
 743     }
 744
 745     // Handle the setXe cases...
 746     assert(I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
 747            I.getOpcode() == Instruction::SetLE);
 748
 749     if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)
 750       std::swap(Op0, Op1);                   // Change setge -> setle
 751
 752     // Now we just have the SetLE case.
 753     Instruction *Not = BinaryOperator::createNot(Op0, I.getName()+"tmp");
 754     InsertNewInstBefore(Not, I);
 755     return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Not, Op1, I.getName());
 756   }
 757
 758   // Check to see if we are doing one of many comparisons against constant
 759   // integers at the end of their ranges...
 760   //
 761   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
 762     // Simplify seteq and setne instructions...
 763     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
 764         I.getOpcode() == Instruction::SetNE) {
 765       bool isSetNE = I.getOpcode() == Instruction::SetNE;
 766
 767       if (CI->isNullValue()) {   // Simplify [seteq|setne] X, 0
 768         CastInst *Val = new CastInst(Op0, Type::BoolTy, I.getName()+".not");
 769         if (isSetNE) return Val;
 770
 771         // seteq X, 0 -> not (cast X to bool)
 772         InsertNewInstBefore(Val, I);
 773         return BinaryOperator::createNot(Val, I.getName());
 774       }
 775
 776       // If the first operand is (and|or|xor) with a constant, and the second
 777       // operand is a constant, simplify a bit.
 778       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
 779         if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
 780           if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
 781             // If bits are being or'd in that are not present in the constant we
 782             // are comparing against, then the comparison could never succeed!
 783             if (!(*BOC & *~*CI)->isNullValue())
 784               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
 785           } else if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
 786             // If bits are being compared against that are and'd out, then the
 787             // comparison can never succeed!
 788             if (!(*CI & *~*BOC)->isNullValue())
 789               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
 790           } else if (BO->getOpcode() == Instruction::Xor) {
 791             // For the xor case, we can always just xor the two constants
 792             // together, potentially eliminating the explicit xor.
 793             return BinaryOperator::create(I.getOpcode(), BO->getOperand(0),
 794                                           *CI ^ *BOC);
 795           }
 796     }
 797
 798     // Check to see if we are comparing against the minimum or maximum value...
 799     if (CI->isMinValue()) {
 800       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN -> FALSE
 801         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
 802       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN -> TRUE
 803         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
 804       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MIN -> A == MIN
 805         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,Op1, I.getName());
 806       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MIN -> A != MIN
 807         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,Op1, I.getName());
 808
 809     } else if (CI->isMaxValue()) {
 810       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX -> FALSE
 811         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
 812       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX -> TRUE
 813         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
 814       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MAX -> A == MAX
 815         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,Op1, I.getName());
 816       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MAX -> A != MAX
 817         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,Op1, I.getName());
 818
 819       // Comparing against a value really close to min or max?
 820     } else if (isMinValuePlusOne(CI)) {
 821       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN+1 -> A == MIN
 822         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,
 823                                       SubOne(CI), I.getName());
 824       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN-1 -> A != MIN
 825         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,
 826                                       SubOne(CI), I.getName());
 827
 828     } else if (isMaxValueMinusOne(CI)) {
 829       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX-1 -> A == MAX
 830         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,
 831                                       AddOne(CI), I.getName());
 832       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX-1 -> A != MAX
 833         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,
 834                                       AddOne(CI), I.getName());
 835     }
 836   }
 837
 838   return Changed ? &I : 0;
 839 }
 840
 841
 842
 843 Instruction *InstCombiner::visitShiftInst(ShiftInst &I) {
 844   assert(I.getOperand(1)->getType() == Type::UByteTy);
 845   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 846
 847   // shl X, 0 == X and shr X, 0 == X
 848   // shl 0, X == 0 and shr 0, X == 0
 849   if (Op1 == Constant::getNullValue(Type::UByteTy) ||
 850       Op0 == Constant::getNullValue(Op0->getType()))
 851     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
 852
 853   // If this is a shift of a shift, see if we can fold the two together...
 854   if (ShiftInst *Op0SI = dyn_cast<ShiftInst>(Op0)) {
 855     if (isa<Constant>(Op1) && isa<Constant>(Op0SI->getOperand(1))) {
 856       ConstantUInt *ShiftAmt1C = cast<ConstantUInt>(Op0SI->getOperand(1));
 857       unsigned ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getValue();
 858       unsigned ShiftAmt2 = cast<ConstantUInt>(Op1)->getValue();
 859
 860       // Check for (A << c1) << c2   and   (A >> c1) >> c2
 861       if (I.getOpcode() == Op0SI->getOpcode()) {
 862         unsigned Amt = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift...
 863         return new ShiftInst(I.getOpcode(), Op0SI->getOperand(0),
 864                              ConstantUInt::get(Type::UByteTy, Amt));
 865       }
 866
 867       if (I.getType()->isUnsigned()) { // Check for (A << c1) >> c2 or visaversa
 868         // Calculate bitmask for what gets shifted off the edge...
 869         Constant *C = ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType());
 870         if (I.getOpcode() == Instruction::Shr)
 871           C = ConstantExpr::getShift(Instruction::Shr, C, ShiftAmt1C);
 872         else
 873           C = ConstantExpr::getShift(Instruction::Shl, C, ShiftAmt1C);
 874
 875         Instruction *Mask =
 876           BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0SI->getOperand(0),
 877                                  C, Op0SI->getOperand(0)->getName()+".mask",&I);
 878         WorkList.push_back(Mask);
 879
 880         // Figure out what flavor of shift we should use...
 881         if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2)
 882           return ReplaceInstUsesWith(I, Mask);  // (A << c) >> c  === A & c2
 883         else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
 884           return new ShiftInst(I.getOpcode(), Mask,
 885                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt2-ShiftAmt1));
 886         } else {
 887           return new ShiftInst(Op0SI->getOpcode(), Mask,
 888                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt1-ShiftAmt2));
 889         }
 890       }
 891     }
 892   }
 893
 894   // shl uint X, 32 = 0 and shr ubyte Y, 9 = 0, ... just don't eliminate shr of
 895   // a signed value.
 896   //
 897   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast<ConstantUInt>(Op1)) {
 898     unsigned TypeBits = Op0->getType()->getPrimitiveSize()*8;
 899     if (CUI->getValue() >= TypeBits &&
 900         (!Op0->getType()->isSigned() || I.getOpcode() == Instruction::Shl))
 901       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
 902
 903     // Check to see if we are shifting left by 1.  If so, turn it into an add
 904     // instruction.
 905     if (I.getOpcode() == Instruction::Shl && CUI->equalsInt(1))
 906       // Convert 'shl int %X, 1' to 'add int %X, %X'
 907       return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, Op0, I.getName());
 908
 909   }
 910
 911   // shr int -1, X = -1   (for any arithmetic shift rights of ~0)
 912   if (ConstantSInt *CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(Op0))
 913     if (I.getOpcode() == Instruction::Shr && CSI->isAllOnesValue())
 914       return ReplaceInstUsesWith(I, CSI);
 915
 916   return 0;
 917 }
 918
 919
 920 // isEliminableCastOfCast - Return true if it is valid to eliminate the CI
 921 // instruction.
 922 //
 923 static inline bool isEliminableCastOfCast(const CastInst &CI,
 924                                           const CastInst *CSrc) {
 925   assert(CI.getOperand(0) == CSrc);
 926   const Type *SrcTy = CSrc->getOperand(0)->getType();
 927   const Type *MidTy = CSrc->getType();
 928   const Type *DstTy = CI.getType();
 929
 930   // It is legal to eliminate the instruction if casting A->B->A if the sizes
 931   // are identical and the bits don't get reinterpreted (for example
 932   // int->float->int would not be allowed)
 933   if (SrcTy == DstTy && SrcTy->isLosslesslyConvertibleTo(MidTy))
 934     return true;
 935
 936   // Allow free casting and conversion of sizes as long as the sign doesn't
 937   // change...
 938   if (SrcTy->isIntegral() && MidTy->isIntegral() && DstTy->isIntegral()) {
 939     unsigned SrcSize = SrcTy->getPrimitiveSize();
 940     unsigned MidSize = MidTy->getPrimitiveSize();
 941     unsigned DstSize = DstTy->getPrimitiveSize();
 942
 943     // Cases where we are monotonically decreasing the size of the type are
 944     // always ok, regardless of what sign changes are going on.
 945     //
 946     if (SrcSize >= MidSize && MidSize >= DstSize)
 947       return true;
 948
 949     // Cases where the source and destination type are the same, but the middle
 950     // type is bigger are noops.
 951     //
 952     if (SrcSize == DstSize && MidSize > SrcSize)
 953       return true;
 954
 955     // If we are monotonically growing, things are more complex.
 956     //
 957     if (SrcSize <= MidSize && MidSize <= DstSize) {
 958       // We have eight combinations of signedness to worry about. Here's the
 959       // table:
 960       static const int SignTable[8] = {
 961         // CODE, SrcSigned, MidSigned, DstSigned, Comment
 962         1,     //   U          U          U       Always ok
 963         1,     //   U          U          S       Always ok
 964         3,     //   U          S          U       Ok iff SrcSize != MidSize
 965         3,     //   U          S          S       Ok iff SrcSize != MidSize
 966         0,     //   S          U          U       Never ok
 967         2,     //   S          U          S       Ok iff MidSize == DstSize
 968         1,     //   S          S          U       Always ok
 969         1,     //   S          S          S       Always ok
 970       };
 971
 972       // Choose an action based on the current entry of the signtable that this
 973       // cast of cast refers to...
 974       unsigned Row = SrcTy->isSigned()*4+MidTy->isSigned()*2+DstTy->isSigned();
 975       switch (SignTable[Row]) {
 976       case 0: return false;              // Never ok
 977       case 1: return true;               // Always ok
 978       case 2: return MidSize == DstSize; // Ok iff MidSize == DstSize
 979       case 3:                            // Ok iff SrcSize != MidSize
 980         return SrcSize != MidSize || SrcTy == Type::BoolTy;
 981       default: assert(0 && "Bad entry in sign table!");
 982       }
 983     }
 984   }
 985
 986   // Otherwise, we cannot succeed.  Specifically we do not want to allow things
 987   // like:  short -> ushort -> uint, because this can create wrong results if
 988   // the input short is negative!
 989   //
 990   return false;
 991 }
 992
 993
 994 // CastInst simplification
 995 //
 996 Instruction *InstCombiner::visitCastInst(CastInst &CI) {
 997   Value *Src = CI.getOperand(0);
 998
 999   // If the user is casting a value to the same type, eliminate this cast
1000   // instruction...
1001   if (CI.getType() == Src->getType())
1002     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1003
1004   // If casting the result of another cast instruction, try to eliminate this
1005   // one!
1006   //
1007   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {
1008     if (isEliminableCastOfCast(CI, CSrc)) {
1009       // This instruction now refers directly to the cast's src operand.  This
1010       // has a good chance of making CSrc dead.
1011       CI.setOperand(0, CSrc->getOperand(0));
1012       return &CI;
1013     }
1014
1015     // If this is an A->B->A cast, and we are dealing with integral types, try
1016     // to convert this into a logical 'and' instruction.
1017     //
1018     if (CSrc->getOperand(0)->getType() == CI.getType() &&
1019         CI.getType()->isInteger() && CSrc->getType()->isInteger() &&
1020         CI.getType()->isUnsigned() && CSrc->getType()->isUnsigned() &&
1021         CSrc->getType()->getPrimitiveSize() < CI.getType()->getPrimitiveSize()){
1022       assert(CSrc->getType() != Type::ULongTy &&
1023              "Cannot have type bigger than ulong!");
1024       uint64_t AndValue = (1ULL << CSrc->getType()->getPrimitiveSize()*8)-1;
1025       Constant *AndOp = ConstantUInt::get(CI.getType(), AndValue);
1026       return BinaryOperator::create(Instruction::And, CSrc->getOperand(0),
1027                                     AndOp);
1028     }
1029   }
1030
1031   // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1032   // this into a cast of the original pointer!
1033   //
1034   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1035     bool AllZeroOperands = true;
1036     for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1037       if (!isa<Constant>(GEP->getOperand(i)) ||
1038           !cast<Constant>(GEP->getOperand(i))->isNullValue()) {
1039         AllZeroOperands = false;
1040         break;
1041       }
1042     if (AllZeroOperands) {
1043       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1044       return &CI;
1045     }
1046   }
1047
1048   // If this is a cast to bool (which is effectively a "!=0" test), then we can
1049   // perform a few optimizations...
1050   //
1051   if (CI.getType() == Type::BoolTy) {
1052     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Src)) {
1053       Value *Op0 = BO->getOperand(0), *Op1 = BO->getOperand(1);
1054
1055       switch (BO->getOpcode()) {
1056       case Instruction::Sub:
1057       case Instruction::Xor:
1058         // Replace (cast ([sub|xor] A, B) to bool) with (setne A, B)
1059         return new SetCondInst(Instruction::SetNE, Op0, Op1);
1060
1061       // Replace (cast (add A, B) to bool) with (setne A, -B) if B is
1062       // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
1063       case Instruction::Add:
1064         if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(Op1))
1065           return new SetCondInst(Instruction::SetNE, Op0, NegVal);
1066         else if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(Op0))
1067           return new SetCondInst(Instruction::SetNE, NegVal, Op1);
1068         else if (BO->use_size() == 1) {
1069           Instruction *Neg = BinaryOperator::createNeg(Op1, BO->getName());
1070           BO->setName("");
1071           InsertNewInstBefore(Neg, CI);
1072           return new SetCondInst(Instruction::SetNE, Op0, Neg);
1073         }
1074         break;
1075
1076       case Instruction::And:
1077         // Replace (cast (and X, (1 << size(X)-1)) to bool) with x < 0,
1078         // converting X to be a signed value as appropriate.  Don't worry about
1079         // bool values, as they will be optimized other ways if they occur in
1080         // this configuration.
1081         if (ConstantInt *CInt = dyn_cast<ConstantInt>(Op1))
1082           if (isSignBit(CInt)) {
1083             // If 'X' is not signed, insert a cast now...
1084             if (!CInt->getType()->isSigned()) {
1085               const Type *DestTy;
1086               switch (CInt->getType()->getPrimitiveID()) {
1087               case Type::UByteTyID:  DestTy = Type::SByteTy; break;
1088               case Type::UShortTyID: DestTy = Type::ShortTy; break;
1089               case Type::UIntTyID:   DestTy = Type::IntTy;   break;
1090               case Type::ULongTyID:  DestTy = Type::LongTy;  break;
1091               default: assert(0 && "Invalid unsigned integer type!"); abort();
1092               }
1093               CastInst *NewCI = new CastInst(Op0, DestTy,
1094                                              Op0->getName()+".signed");
1095               InsertNewInstBefore(NewCI, CI);
1096               Op0 = NewCI;
1097             }
1098             return new SetCondInst(Instruction::SetLT, Op0,
1099                                    Constant::getNullValue(Op0->getType()));
1100           }
1101         break;
1102       default: break;
1103       }
1104     }
1105   }
1106
1107   return 0;
1108 }
1109
1110 // CallInst simplification
1111 //
1112 Instruction *InstCombiner::visitCallInst(CallInst &CI) {
1113   if (transformConstExprCastCall(&CI)) return 0;
1114   return 0;
1115 }
1116
1117 // InvokeInst simplification
1118 //
1119 Instruction *InstCombiner::visitInvokeInst(InvokeInst &II) {
1120   if (transformConstExprCastCall(&II)) return 0;
1121   return 0;
1122 }
1123
1124 // getPromotedType - Return the specified type promoted as it would be to pass
1125 // though a va_arg area...
1126 static const Type *getPromotedType(const Type *Ty) {
1127   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
1128   case Type::SByteTyID:
1129   case Type::ShortTyID:  return Type::IntTy;
1130   case Type::UByteTyID:
1131   case Type::UShortTyID: return Type::UIntTy;
1132   case Type::FloatTyID:  return Type::DoubleTy;
1133   default:               return Ty;
1134   }
1135 }
1136
1137 // transformConstExprCastCall - If the callee is a constexpr cast of a function,
1138 // attempt to move the cast to the arguments of the call/invoke.
1139 //
1140 bool InstCombiner::transformConstExprCastCall(CallSite CS) {
1141   if (!isa<ConstantExpr>(CS.getCalledValue())) return false;
1142   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(CS.getCalledValue());
1143   if (CE->getOpcode() != Instruction::Cast ||
1144       !isa<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
1145     return false;
1146   ConstantPointerRef *CPR = cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0));
1147   if (!isa<Function>(CPR->getValue())) return false;
1148   Function *Callee = cast<Function>(CPR->getValue());
1149   Instruction *Caller = CS.getInstruction();
1150
1151   // Okay, this is a cast from a function to a different type.  Unless doing so
1152   // would cause a type conversion of one of our arguments, change this call to
1153   // be a direct call with arguments casted to the appropriate types.
1154   //
1155   const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1156   const Type *OldRetTy = Caller->getType();
1157
1158   if (Callee->isExternal() &&
1159       !OldRetTy->isLosslesslyConvertibleTo(FT->getReturnType()))
1160     return false;   // Cannot transform this return value...
1161
1162   unsigned NumActualArgs = unsigned(CS.arg_end()-CS.arg_begin());
1163   unsigned NumCommonArgs = std::min(FT->getNumParams(), NumActualArgs);
1164
1165   CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
1166   for (unsigned i = 0, e = NumCommonArgs; i != e; ++i, ++AI) {
1167     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1168     bool isConvertible = (*AI)->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(ParamTy);
1169     if (Callee->isExternal() && !isConvertible) return false;
1170   }
1171
1172   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs && !FT->isVarArg() &&
1173       Callee->isExternal())
1174     return false;   // Do not delete arguments unless we have a function body...
1175
1176   // Okay, we decided that this is a safe thing to do: go ahead and start
1177   // inserting cast instructions as necessary...
1178   std::vector<Value*> Args;
1179   Args.reserve(NumActualArgs);
1180
1181   AI = CS.arg_begin();
1182   for (unsigned i = 0; i != NumCommonArgs; ++i, ++AI) {
1183     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1184     if ((*AI)->getType() == ParamTy) {
1185       Args.push_back(*AI);
1186     } else {
1187       Instruction *Cast = new CastInst(*AI, ParamTy, "tmp");
1188       InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1189       Args.push_back(Cast);
1190     }
1191   }
1192
1193   // If the function takes more arguments than the call was taking, add them
1194   // now...
1195   for (unsigned i = NumCommonArgs; i != FT->getNumParams(); ++i)
1196     Args.push_back(Constant::getNullValue(FT->getParamType(i)));
1197
1198   // If we are removing arguments to the function, emit an obnoxious warning...
1199   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs)
1200     if (!FT->isVarArg()) {
1201       std::cerr << "WARNING: While resolving call to function '"
1202                 << Callee->getName() << "' arguments were dropped!\n";
1203     } else {
1204       // Add all of the arguments in their promoted form to the arg list...
1205       for (unsigned i = FT->getNumParams(); i != NumActualArgs; ++i, ++AI) {
1206         const Type *PTy = getPromotedType((*AI)->getType());
1207         if (PTy != (*AI)->getType()) {
1208           // Must promote to pass through va_arg area!
1209           Instruction *Cast = new CastInst(*AI, PTy, "tmp");
1210           InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1211           Args.push_back(Cast);
1212         } else {
1213           Args.push_back(*AI);
1214         }
1215       }
1216     }
1217
1218   if (FT->getReturnType() == Type::VoidTy)
1219     Caller->setName("");   // Void type should not have a name...
1220
1221   Instruction *NC;
1222   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Caller)) {
1223     NC = new InvokeInst(Callee, II->getNormalDest(), II->getExceptionalDest(),
1224                         Args, Caller->getName(), Caller);
1225   } else {
1226     NC = new CallInst(Callee, Args, Caller->getName(), Caller);
1227   }
1228
1229   // Insert a cast of the return type as necessary...
1230   Value *NV = NC;
1231   if (Caller->getType() != NV->getType() && !Caller->use_empty()) {
1232     if (NV->getType() != Type::VoidTy) {
1233       NV = NC = new CastInst(NC, Caller->getType(), "tmp");
1234       InsertNewInstBefore(NC, *Caller);
1235       AddUsesToWorkList(*Caller);
1236     } else {
1237       NV = Constant::getNullValue(Caller->getType());
1238     }
1239   }
1240
1241   if (Caller->getType() != Type::VoidTy && !Caller->use_empty())
1242     Caller->replaceAllUsesWith(NV);
1243   Caller->getParent()->getInstList().erase(Caller);
1244   removeFromWorkList(Caller);
1245   return true;
1246 }
1247
1248
1249
1250 // PHINode simplification
1251 //
1252 Instruction *InstCombiner::visitPHINode(PHINode &PN) {
1253   // If the PHI node only has one incoming value, eliminate the PHI node...
1254   if (PN.getNumIncomingValues() == 1)
1255     return ReplaceInstUsesWith(PN, PN.getIncomingValue(0));
1256
1257   // Otherwise if all of the incoming values are the same for the PHI, replace
1258   // the PHI node with the incoming value.
1259   //
1260   Value *InVal = 0;
1261   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1262     if (PN.getIncomingValue(i) != &PN)  // Not the PHI node itself...
1263       if (InVal && PN.getIncomingValue(i) != InVal)
1264         return 0;  // Not the same, bail out.
1265       else
1266         InVal = PN.getIncomingValue(i);
1267
1268   // The only case that could cause InVal to be null is if we have a PHI node
1269   // that only has entries for itself.  In this case, there is no entry into the
1270   // loop, so kill the PHI.
1271   //
1272   if (InVal == 0) InVal = Constant::getNullValue(PN.getType());
1273
1274   // All of the incoming values are the same, replace the PHI node now.
1275   return ReplaceInstUsesWith(PN, InVal);
1276 }
1277
1278
1279 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1280   // Is it 'getelementptr %P, long 0'  or 'getelementptr %P'
1281   // If so, eliminate the noop.
1282   if ((GEP.getNumOperands() == 2 &&
1283        GEP.getOperand(1) == Constant::getNullValue(Type::LongTy)) ||
1284       GEP.getNumOperands() == 1)
1285     return ReplaceInstUsesWith(GEP, GEP.getOperand(0));
1286
1287   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1288   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1289   // getelementptr instructions into a single instruction.
1290   //
1291   if (GetElementPtrInst *Src = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP.getOperand(0))) {
1292     std::vector<Value *> Indices;
1293
1294     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1295     if (Src->getNumOperands() == 2 && isa<Constant>(Src->getOperand(1)) &&
1296         isa<Constant>(GEP.getOperand(1))) {
1297       // Replace: gep (gep %P, long C1), long C2, ...
1298       // With:    gep %P, long (C1+C2), ...
1299       Value *Sum = ConstantExpr::get(Instruction::Add,
1300                                      cast<Constant>(Src->getOperand(1)),
1301                                      cast<Constant>(GEP.getOperand(1)));
1302       assert(Sum && "Constant folding of longs failed!?");
1303       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1304       GEP.setOperand(1, Sum);
1305       AddUsesToWorkList(*Src);   // Reduce use count of Src
1306       return &GEP;
1307     } else if (Src->getNumOperands() == 2) {
1308       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1309       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1310       //
1311       Value *Sum = BinaryOperator::create(Instruction::Add, Src->getOperand(1),
1312                                           GEP.getOperand(1),
1313                                           Src->getName()+".sum", &GEP);
1314       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1315       GEP.setOperand(1, Sum);
1316       WorkList.push_back(cast<Instruction>(Sum));
1317       return &GEP;
1318     } else if (*GEP.idx_begin() == Constant::getNullValue(Type::LongTy) &&
1319                Src->getNumOperands() != 1) {
1320       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1321       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end());
1322       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1323     } else if (Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1) ==
1324                Constant::getNullValue(Type::LongTy)) {
1325       // If the src gep ends with a constant array index, merge this get into
1326       // it, even if we have a non-zero array index.
1327       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end()-1);
1328       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1329     }
1330
1331     if (!Indices.empty())
1332       return new GetElementPtrInst(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1333
1334   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(GEP.getOperand(0))) {
1335     // GEP of global variable.  If all of the indices for this GEP are
1336     // constants, we can promote this to a constexpr instead of an instruction.
1337
1338     // Scan for nonconstants...
1339     std::vector<Constant*> Indices;
1340     User::op_iterator I = GEP.idx_begin(), E = GEP.idx_end();
1341     for (; I != E && isa<Constant>(*I); ++I)
1342       Indices.push_back(cast<Constant>(*I));
1343
1344     if (I == E) {  // If they are all constants...
1345       Constant *CE =
1346         ConstantExpr::getGetElementPtr(ConstantPointerRef::get(GV), Indices);
1347
1348       // Replace all uses of the GEP with the new constexpr...
1349       return ReplaceInstUsesWith(GEP, CE);
1350     }
1351   }
1352
1353   return 0;
1354 }
1355
1356 Instruction *InstCombiner::visitAllocationInst(AllocationInst &AI) {
1357   // Convert: malloc Ty, C - where C is a constant != 1 into: malloc [C x Ty], 1
1358   if (AI.isArrayAllocation())    // Check C != 1
1359     if (const ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(AI.getArraySize())) {
1360       const Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getValue());
1361       AllocationInst *New = 0;
1362
1363       // Create and insert the replacement instruction...
1364       if (isa<MallocInst>(AI))
1365         New = new MallocInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
1366       else {
1367         assert(isa<AllocaInst>(AI) && "Unknown type of allocation inst!");
1368         New = new AllocaInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
1369       }
1370
1371       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
1372       // allocas if possible...
1373       //
1374       BasicBlock::iterator It = New;
1375       while (isa<AllocationInst>(*It)) ++It;
1376
1377       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
1378       // insert our getelementptr instruction...
1379       //
1380       std::vector<Value*> Idx(2, Constant::getNullValue(Type::LongTy));
1381       Value *V = new GetElementPtrInst(New, Idx, New->getName()+".sub", It);
1382
1383       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
1384       // allocation.
1385       ReplaceInstUsesWith(AI, V);
1386       return &AI;
1387     }
1388   return 0;
1389 }
1390
1391 /// GetGEPGlobalInitializer - Given a constant, and a getelementptr
1392 /// constantexpr, return the constant value being addressed by the constant
1393 /// expression, or null if something is funny.
1394 ///
1395 static Constant *GetGEPGlobalInitializer(Constant *C, ConstantExpr *CE) {
1396   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(Type::LongTy))
1397     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
1398
1399   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
1400   // addressing...
1401   for (unsigned i = 2, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
1402     if (ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(CE->getOperand(i))) {
1403       ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(C);
1404       if (CU->getValue() >= CS->getValues().size()) return 0;
1405       C = cast<Constant>(CS->getValues()[CU->getValue()]);
1406     } else if (ConstantSInt *CS = dyn_cast<ConstantSInt>(CE->getOperand(i))) {
1407       ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(C);
1408       if ((uint64_t)CS->getValue() >= CA->getValues().size()) return 0;
1409       C = cast<Constant>(CA->getValues()[CS->getValue()]);
1410     } else
1411       return 0;
1412   return C;
1413 }
1414
1415 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1416   Value *Op = LI.getOperand(0);
1417   if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(Op))
1418     Op = CPR->getValue();
1419
1420   // Instcombine load (constant global) into the value loaded...
1421   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Op))
1422     if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
1423       return ReplaceInstUsesWith(LI, GV->getInitializer());
1424
1425   // Instcombine load (constantexpr_GEP global, 0, ...) into the value loaded...
1426   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Op))
1427     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1428       if (ConstantPointerRef *G=dyn_cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
1429         if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(G->getValue()))
1430           if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
1431             if (Constant *V = GetGEPGlobalInitializer(GV->getInitializer(), CE))
1432               return ReplaceInstUsesWith(LI, V);
1433   return 0;
1434 }
1435
1436
1437 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1438   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1439   if (BI.isConditional() && !isa<Constant>(BI.getCondition()))
1440     if (Value *V = dyn_castNotVal(BI.getCondition())) {
1441       BasicBlock *TrueDest = BI.getSuccessor(0);
1442       BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
1443       // Swap Destinations and condition...
1444       BI.setCondition(V);
1445       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
1446       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
1447       return &BI;
1448     }
1449   return 0;
1450 }
1451
1452
1453 void InstCombiner::removeFromWorkList(Instruction *I) {
1454   WorkList.erase(std::remove(WorkList.begin(), WorkList.end(), I),
1455                  WorkList.end());
1456 }
1457
1458 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
1459   bool Changed = false;
1460
1461   WorkList.insert(WorkList.end(), inst_begin(F), inst_end(F));
1462
1463   while (!WorkList.empty()) {
1464     Instruction *I = WorkList.back();  // Get an instruction from the worklist
1465     WorkList.pop_back();
1466
1467     // Check to see if we can DCE or ConstantPropagate the instruction...
1468     // Check to see if we can DIE the instruction...
1469     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1470       // Add operands to the worklist...
1471       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1472         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1473           WorkList.push_back(Op);
1474
1475       ++NumDeadInst;
1476       BasicBlock::iterator BBI = I;
1477       if (dceInstruction(BBI)) {
1478         removeFromWorkList(I);
1479         continue;
1480       }
1481     }
1482
1483     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it...
1484     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I)) {
1485       // Add operands to the worklist...
1486       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1487         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1488           WorkList.push_back(Op);
1489       ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1490
1491       ++NumConstProp;
1492       BasicBlock::iterator BBI = I;
1493       if (dceInstruction(BBI)) {
1494         removeFromWorkList(I);
1495         continue;
1496       }
1497     }
1498
1499     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it...
1500     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
1501       ++NumCombined;
1502       // Should we replace the old instruction with a new one?
1503       if (Result != I) {
1504         // Instructions can end up on the worklist more than once.  Make sure
1505         // we do not process an instruction that has been deleted.
1506         removeFromWorkList(I);
1507         ReplaceInstWithInst(I, Result);
1508       } else {
1509         BasicBlock::iterator II = I;
1510
1511         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
1512         // if so, remove it.
1513         if (dceInstruction(II)) {
1514           // Instructions may end up in the worklist more than once.  Erase them
1515           // all.
1516           removeFromWorkList(I);
1517           Result = 0;
1518         }
1519       }
1520
1521       if (Result) {
1522         WorkList.push_back(Result);
1523         AddUsesToWorkList(*Result);
1524       }
1525       Changed = true;
1526     }
1527   }
1528
1529   return Changed;
1530 }
1531
1532 Pass *createInstructionCombiningPass() {
1533   return new InstCombiner();
1534 }