Implement InstCombine/and.ll:test(15|16)
[oota-llvm.git] / 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 // This pass guarantees that the following canonicalizations are performed on
16 // the program:
17 //    1. If a binary operator has a constant operand, it is moved to the RHS
18 //    2. Bitwise operators with constant operands are always grouped so that
19 //       shifts are performed first, then or's, then and's, then xor's.
20 //    3. SetCC instructions are converted from <,>,<=,>= to ==,!= if possible
21 //    4. All SetCC instructions on boolean values are replaced with logical ops
22 //    5. add X, X is represented as (X*2) => (X << 1)
23 //    6. Multiplies with a power-of-two constant argument are transformed into
24 //       shifts.
25 //    N. This list is incomplete
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
30 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
31 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
32 #include "llvm/Instructions.h"
33 #include "llvm/Pass.h"
34 #include "llvm/Constants.h"
35 #include "llvm/ConstantHandling.h"
36 #include "llvm/DerivedTypes.h"
37 #include "llvm/GlobalVariable.h"
38 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
39 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
40 #include "llvm/Support/CallSite.h"
41 #include "Support/Statistic.h"
42 #include <algorithm>
43
44 namespace {
45   Statistic<> NumCombined ("instcombine", "Number of insts combined");
46   Statistic<> NumConstProp("instcombine", "Number of constant folds");
47   Statistic<> NumDeadInst ("instcombine", "Number of dead inst eliminated");
48
49   class InstCombiner : public FunctionPass,
50                        public InstVisitor<InstCombiner, Instruction*> {
51     // Worklist of all of the instructions that need to be simplified.
52     std::vector<Instruction*> WorkList;
53
54     void AddUsesToWorkList(Instruction &I) {
55       // The instruction was simplified, add all users of the instruction to
56       // the work lists because they might get more simplified now...
57       //
58       for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
59            UI != UE; ++UI)
60         WorkList.push_back(cast<Instruction>(*UI));
61     }
62
63     // removeFromWorkList - remove all instances of I from the worklist.
64     void removeFromWorkList(Instruction *I);
65   public:
66     virtual bool runOnFunction(Function &F);
67
68     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
69       AU.setPreservesCFG();
70     }
71
72     // Visitation implementation - Implement instruction combining for different
73     // instruction types.  The semantics are as follows:
74     // Return Value:
75     //    null        - No change was made
76     //     I          - Change was made, I is still valid, I may be dead though
77     //   otherwise    - Change was made, replace I with returned instruction
78     //   
79     Instruction *visitAdd(BinaryOperator &I);
80     Instruction *visitSub(BinaryOperator &I);
81     Instruction *visitMul(BinaryOperator &I);
82     Instruction *visitDiv(BinaryOperator &I);
83     Instruction *visitRem(BinaryOperator &I);
84     Instruction *visitAnd(BinaryOperator &I);
85     Instruction *visitOr (BinaryOperator &I);
86     Instruction *visitXor(BinaryOperator &I);
87     Instruction *visitSetCondInst(BinaryOperator &I);
88     Instruction *visitShiftInst(ShiftInst &I);
89     Instruction *visitCastInst(CastInst &CI);
90     Instruction *visitCallInst(CallInst &CI);
91     Instruction *visitInvokeInst(InvokeInst &II);
92     Instruction *visitPHINode(PHINode &PN);
93     Instruction *visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
94     Instruction *visitAllocationInst(AllocationInst &AI);
95     Instruction *visitLoadInst(LoadInst &LI);
96     Instruction *visitBranchInst(BranchInst &BI);
97
98     // visitInstruction - Specify what to return for unhandled instructions...
99     Instruction *visitInstruction(Instruction &I) { return 0; }
100
101   private:
102     bool transformConstExprCastCall(CallSite CS);
103
104     // InsertNewInstBefore - insert an instruction New before instruction Old
105     // in the program.  Add the new instruction to the worklist.
106     //
107     void InsertNewInstBefore(Instruction *New, Instruction &Old) {
108       assert(New && New->getParent() == 0 &&
109              "New instruction already inserted into a basic block!");
110       BasicBlock *BB = Old.getParent();
111       BB->getInstList().insert(&Old, New);  // Insert inst
112       WorkList.push_back(New);              // Add to worklist
113     }
114
115   public:
116     // ReplaceInstUsesWith - This method is to be used when an instruction is
117     // found to be dead, replacable with another preexisting expression.  Here
118     // we add all uses of I to the worklist, replace all uses of I with the new
119     // value, then return I, so that the inst combiner will know that I was
120     // modified.
121     //
122     Instruction *ReplaceInstUsesWith(Instruction &I, Value *V) {
123       AddUsesToWorkList(I);         // Add all modified instrs to worklist
124       I.replaceAllUsesWith(V);
125       return &I;
126     }
127   private:
128     /// InsertOperandCastBefore - This inserts a cast of V to DestTy before the
129     /// InsertBefore instruction.  This is specialized a bit to avoid inserting
130     /// casts that are known to not do anything...
131     ///
132     Value *InsertOperandCastBefore(Value *V, const Type *DestTy,
133                                    Instruction *InsertBefore);
134
135     // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
136     // operators...
137     bool SimplifyCommutative(BinaryOperator &I);
138
139     Instruction *OptAndOp(Instruction *Op, ConstantIntegral *OpRHS,
140                           ConstantIntegral *AndRHS, BinaryOperator &TheAnd);
141   };
142
143   RegisterOpt<InstCombiner> X("instcombine", "Combine redundant instructions");
144 }
145
146 // getComplexity:  Assign a complexity or rank value to LLVM Values...
147 //   0 -> Constant, 1 -> Other, 2 -> Argument, 2 -> Unary, 3 -> OtherInst
148 static unsigned getComplexity(Value *V) {
149   if (isa<Instruction>(V)) {
150     if (BinaryOperator::isNeg(V) || BinaryOperator::isNot(V))
151       return 2;
152     return 3;
153   }
154   if (isa<Argument>(V)) return 2;
155   return isa<Constant>(V) ? 0 : 1;
156 }
157
158 // isOnlyUse - Return true if this instruction will be deleted if we stop using
159 // it.
160 static bool isOnlyUse(Value *V) {
161   return V->use_size() == 1 || isa<Constant>(V);
162 }
163
164 // SimplifyCommutative - This performs a few simplifications for commutative
165 // operators:
166 //
167 //  1. Order operands such that they are listed from right (least complex) to
168 //     left (most complex).  This puts constants before unary operators before
169 //     binary operators.
170 //
171 //  2. Transform: (op (op V, C1), C2) ==> (op V, (op C1, C2))
172 //  3. Transform: (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
173 //
174 bool InstCombiner::SimplifyCommutative(BinaryOperator &I) {
175   bool Changed = false;
176   if (getComplexity(I.getOperand(0)) < getComplexity(I.getOperand(1)))
177     Changed = !I.swapOperands();
178   
179   if (!I.isAssociative()) return Changed;
180   Instruction::BinaryOps Opcode = I.getOpcode();
181   if (BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(0)))
182     if (Op->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op->getOperand(1))) {
183       if (isa<Constant>(I.getOperand(1))) {
184         Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(),
185                                              cast<Constant>(I.getOperand(1)),
186                                              cast<Constant>(Op->getOperand(1)));
187         I.setOperand(0, Op->getOperand(0));
188         I.setOperand(1, Folded);
189         return true;
190       } else if (BinaryOperator *Op1=dyn_cast<BinaryOperator>(I.getOperand(1)))
191         if (Op1->getOpcode() == Opcode && isa<Constant>(Op1->getOperand(1)) &&
192             isOnlyUse(Op) && isOnlyUse(Op1)) {
193           Constant *C1 = cast<Constant>(Op->getOperand(1));
194           Constant *C2 = cast<Constant>(Op1->getOperand(1));
195
196           // Fold (op (op V1, C1), (op V2, C2)) ==> (op (op V1, V2), (op C1,C2))
197           Constant *Folded = ConstantExpr::get(I.getOpcode(), C1, C2);
198           Instruction *New = BinaryOperator::create(Opcode, Op->getOperand(0),
199                                                     Op1->getOperand(0),
200                                                     Op1->getName(), &I);
201           WorkList.push_back(New);
202           I.setOperand(0, New);
203           I.setOperand(1, Folded);
204           return true;
205         }      
206     }
207   return Changed;
208 }
209
210 // dyn_castNegVal - Given a 'sub' instruction, return the RHS of the instruction
211 // if the LHS is a constant zero (which is the 'negate' form).
212 //
213 static inline Value *dyn_castNegVal(Value *V) {
214   if (BinaryOperator::isNeg(V))
215     return BinaryOperator::getNegArgument(cast<BinaryOperator>(V));
216
217   // Constants can be considered to be negated values if they can be folded...
218   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
219     return ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
220                              Constant::getNullValue(V->getType()), C);
221   return 0;
222 }
223
224 static inline Value *dyn_castNotVal(Value *V) {
225   if (BinaryOperator::isNot(V))
226     return BinaryOperator::getNotArgument(cast<BinaryOperator>(V));
227
228   // Constants can be considered to be not'ed values...
229   if (ConstantIntegral *C = dyn_cast<ConstantIntegral>(V))
230     return ConstantExpr::get(Instruction::Xor,
231                              ConstantIntegral::getAllOnesValue(C->getType()),C);
232   return 0;
233 }
234
235 // dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
236 // other computations (because it has a constant operand), return the
237 // non-constant operand of the multiply.
238 //
239 static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V) {
240   if (V->use_size() == 1 && V->getType()->isInteger())
241     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
242       if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
243         if (isa<Constant>(I->getOperand(1)))
244           return I->getOperand(0);
245   return 0;
246 }
247
248 // dyn_castMaskingAnd - If this value is an And instruction masking a value with
249 // a constant, return the constant being anded with.
250 //
251 template<class ValueType>
252 static inline Constant *dyn_castMaskingAnd(ValueType *V) {
253   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
254     if (I->getOpcode() == Instruction::And)
255       return dyn_cast<Constant>(I->getOperand(1));
256
257   // If this is a constant, it acts just like we were masking with it.
258   return dyn_cast<Constant>(V);
259 }
260
261 // Log2 - Calculate the log base 2 for the specified value if it is exactly a
262 // power of 2.
263 static unsigned Log2(uint64_t Val) {
264   assert(Val > 1 && "Values 0 and 1 should be handled elsewhere!");
265   unsigned Count = 0;
266   while (Val != 1) {
267     if (Val & 1) return 0;    // Multiple bits set?
268     Val >>= 1;
269     ++Count;
270   }
271   return Count;
272 }
273
274
275 /// AssociativeOpt - Perform an optimization on an associative operator.  This
276 /// function is designed to check a chain of associative operators for a
277 /// potential to apply a certain optimization.  Since the optimization may be
278 /// applicable if the expression was reassociated, this checks the chain, then
279 /// reassociates the expression as necessary to expose the optimization
280 /// opportunity.  This makes use of a special Functor, which must define
281 /// 'shouldApply' and 'apply' methods.
282 ///
283 template<typename Functor>
284 Instruction *AssociativeOpt(BinaryOperator &Root, const Functor &F) {
285   unsigned Opcode = Root.getOpcode();
286   Value *LHS = Root.getOperand(0);
287
288   // Quick check, see if the immediate LHS matches...
289   if (F.shouldApply(LHS))
290     return F.apply(Root);
291
292   // Otherwise, if the LHS is not of the same opcode as the root, return.
293   Instruction *LHSI = dyn_cast<Instruction>(LHS);
294   while (LHSI && LHSI->getOpcode() == Opcode && LHSI->use_size() == 1) {
295     // Should we apply this transform to the RHS?
296     bool ShouldApply = F.shouldApply(LHSI->getOperand(1));
297
298     // If not to the RHS, check to see if we should apply to the LHS...
299     if (!ShouldApply && F.shouldApply(LHSI->getOperand(0))) {
300       cast<BinaryOperator>(LHSI)->swapOperands();   // Make the LHS the RHS
301       ShouldApply = true;
302     }
303
304     // If the functor wants to apply the optimization to the RHS of LHSI,
305     // reassociate the expression from ((? op A) op B) to (? op (A op B))
306     if (ShouldApply) {
307       BasicBlock *BB = Root.getParent();
308       // All of the instructions have a single use and have no side-effects,
309       // because of this, we can pull them all into the current basic block.
310       if (LHSI->getParent() != BB) {
311         // Move all of the instructions from root to LHSI into the current
312         // block.
313         Instruction *TmpLHSI = cast<Instruction>(Root.getOperand(0));
314         Instruction *LastUse = &Root;
315         while (TmpLHSI->getParent() == BB) {
316           LastUse = TmpLHSI;
317           TmpLHSI = cast<Instruction>(TmpLHSI->getOperand(0));
318         }
319         
320         // Loop over all of the instructions in other blocks, moving them into
321         // the current one.
322         Value *TmpLHS = TmpLHSI;
323         do {
324           TmpLHSI = cast<Instruction>(TmpLHS);
325           // Remove from current block...
326           TmpLHSI->getParent()->getInstList().remove(TmpLHSI);
327           // Insert before the last instruction...
328           BB->getInstList().insert(LastUse, TmpLHSI);
329           TmpLHS = TmpLHSI->getOperand(0);
330         } while (TmpLHSI != LHSI);
331       }
332       
333       // Now all of the instructions are in the current basic block, go ahead
334       // and perform the reassociation.
335       Instruction *TmpLHSI = cast<Instruction>(Root.getOperand(0));
336
337       // First move the selected RHS to the LHS of the root...
338       Root.setOperand(0, LHSI->getOperand(1));
339
340       // Make what used to be the LHS of the root be the user of the root...
341       Value *ExtraOperand = TmpLHSI->getOperand(1);
342       Root.replaceAllUsesWith(TmpLHSI);          // Users now use TmpLHSI
343       TmpLHSI->setOperand(1, &Root);             // TmpLHSI now uses the root
344       BB->getInstList().remove(&Root);           // Remove root from the BB
345       BB->getInstList().insert(TmpLHSI, &Root);  // Insert root before TmpLHSI
346
347       // Now propagate the ExtraOperand down the chain of instructions until we
348       // get to LHSI.
349       while (TmpLHSI != LHSI) {
350         Instruction *NextLHSI = cast<Instruction>(TmpLHSI->getOperand(0));
351         Value *NextOp = NextLHSI->getOperand(1);
352         NextLHSI->setOperand(1, ExtraOperand);
353         TmpLHSI = NextLHSI;
354         ExtraOperand = NextOp;
355       }
356       
357       // Now that the instructions are reassociated, have the functor perform
358       // the transformation...
359       return F.apply(Root);
360     }
361     
362     LHSI = dyn_cast<Instruction>(LHSI->getOperand(0));
363   }
364   return 0;
365 }
366
367
368 // AddRHS - Implements: X + X --> X << 1
369 struct AddRHS {
370   Value *RHS;
371   AddRHS(Value *rhs) : RHS(rhs) {}
372   bool shouldApply(Value *LHS) const { return LHS == RHS; }
373   Instruction *apply(BinaryOperator &Add) const {
374     return new ShiftInst(Instruction::Shl, Add.getOperand(0),
375                          ConstantInt::get(Type::UByteTy, 1));
376   }
377 };
378
379 // AddMaskingAnd - Implements (A & C1)+(B & C2) --> (A & C1)|(B & C2)
380 //                 iff C1&C2 == 0
381 struct AddMaskingAnd {
382   Constant *C2;
383   AddMaskingAnd(Constant *c) : C2(c) {}
384   bool shouldApply(Value *LHS) const {
385     if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(LHS))
386       return ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue();
387     return false;
388   }
389   Instruction *apply(BinaryOperator &Add) const {
390     return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Add.getOperand(0),
391                                   Add.getOperand(1));
392   }
393 };
394
395
396
397 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
398   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
399   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
400
401   // X + 0 --> X
402   if (RHS == Constant::getNullValue(I.getType()))
403     return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
404
405   // X + X --> X << 1
406   if (I.getType()->isInteger())
407     if (Instruction *Result = AssociativeOpt(I, AddRHS(RHS))) return Result;
408
409   // -A + B  -->  B - A
410   if (Value *V = dyn_castNegVal(LHS))
411     return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, RHS, V);
412
413   // A + -B  -->  A - B
414   if (!isa<Constant>(RHS))
415     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
416       return BinaryOperator::create(Instruction::Sub, LHS, V);
417
418   // X*C + X --> X * (C+1)
419   if (dyn_castFoldableMul(LHS) == RHS) {
420     Constant *CP1 =
421       ConstantExpr::get(Instruction::Add, 
422                         cast<Constant>(cast<Instruction>(LHS)->getOperand(1)),
423                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
424     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, RHS, CP1);
425   }
426
427   // X + X*C --> X * (C+1)
428   if (dyn_castFoldableMul(RHS) == LHS) {
429     Constant *CP1 =
430       ConstantExpr::get(Instruction::Add,
431                         cast<Constant>(cast<Instruction>(RHS)->getOperand(1)),
432                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
433     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, LHS, CP1);
434   }
435
436   // (A & C1)+(B & C2) --> (A & C1)|(B & C2) iff C1&C2 == 0
437   if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(RHS))
438     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, AddMaskingAnd(C2))) return R;
439
440   return Changed ? &I : 0;
441 }
442
443 // isSignBit - Return true if the value represented by the constant only has the
444 // highest order bit set.
445 static bool isSignBit(ConstantInt *CI) {
446   unsigned NumBits = CI->getType()->getPrimitiveSize()*8;
447   return (CI->getRawValue() & ~(-1LL << NumBits)) == (1ULL << (NumBits-1));
448 }
449
450 static unsigned getTypeSizeInBits(const Type *Ty) {
451   return Ty == Type::BoolTy ? 1 : Ty->getPrimitiveSize()*8;
452 }
453
454 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
455   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
456
457   if (Op0 == Op1)         // sub X, X  -> 0
458     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
459
460   // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
461   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1))
462     return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, V);
463
464   // Replace (-1 - A) with (~A)...
465   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
466     if (C->isAllOnesValue())
467       return BinaryOperator::createNot(Op1);
468
469   if (BinaryOperator *Op1I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1))
470     if (Op1I->use_size() == 1) {
471       // Replace (x - (y - z)) with (x + (z - y)) if the (y - z) subexpression
472       // is not used by anyone else...
473       //
474       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
475         // Swap the two operands of the subexpr...
476         Value *IIOp0 = Op1I->getOperand(0), *IIOp1 = Op1I->getOperand(1);
477         Op1I->setOperand(0, IIOp1);
478         Op1I->setOperand(1, IIOp0);
479         
480         // Create the new top level add instruction...
481         return BinaryOperator::create(Instruction::Add, Op0, Op1);
482       }
483
484       // Replace (A - (A & B)) with (A & ~B) if this is the only use of (A&B)...
485       //
486       if (Op1I->getOpcode() == Instruction::And &&
487           (Op1I->getOperand(0) == Op0 || Op1I->getOperand(1) == Op0)) {
488         Value *OtherOp = Op1I->getOperand(Op1I->getOperand(0) == Op0);
489
490         Instruction *NewNot = BinaryOperator::createNot(OtherOp, "B.not", &I);
491         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0, NewNot);
492       }
493
494       // X - X*C --> X * (1-C)
495       if (dyn_castFoldableMul(Op1I) == Op0) {
496         Constant *CP1 =
497           ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
498                             ConstantInt::get(I.getType(), 1),
499                          cast<Constant>(cast<Instruction>(Op1)->getOperand(1)));
500         assert(CP1 && "Couldn't constant fold 1-C?");
501         return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0, CP1);
502       }
503     }
504
505   // X*C - X --> X * (C-1)
506   if (dyn_castFoldableMul(Op0) == Op1) {
507     Constant *CP1 =
508       ConstantExpr::get(Instruction::Sub,
509                         cast<Constant>(cast<Instruction>(Op0)->getOperand(1)),
510                         ConstantInt::get(I.getType(), 1));
511     assert(CP1 && "Couldn't constant fold C - 1?");
512     return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op1, CP1);
513   }
514
515   return 0;
516 }
517
518 Instruction *InstCombiner::visitMul(BinaryOperator &I) {
519   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
520   Value *Op0 = I.getOperand(0);
521
522   // Simplify mul instructions with a constant RHS...
523   if (Constant *Op1 = dyn_cast<Constant>(I.getOperand(1))) {
524     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
525
526       // ((X << C1)*C2) == (X * (C2 << C1))
527       if (ShiftInst *SI = dyn_cast<ShiftInst>(Op0))
528         if (SI->getOpcode() == Instruction::Shl)
529           if (Constant *ShOp = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
530             return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, SI->getOperand(0),
531                                           *CI << *ShOp);
532
533       if (CI->isNullValue())
534         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);  // X * 0  == 0
535       if (CI->equalsInt(1))                  // X * 1  == X
536         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
537       if (CI->isAllOnesValue())              // X * -1 == 0 - X
538         return BinaryOperator::createNeg(Op0, I.getName());
539
540       int64_t Val = (int64_t)cast<ConstantInt>(CI)->getRawValue();
541       if (uint64_t C = Log2(Val))            // Replace X*(2^C) with X << C
542         return new ShiftInst(Instruction::Shl, Op0,
543                              ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
544     } else {
545       ConstantFP *Op1F = cast<ConstantFP>(Op1);
546       if (Op1F->isNullValue())
547         return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
548
549       // "In IEEE floating point, x*1 is not equivalent to x for nans.  However,
550       // ANSI says we can drop signals, so we can do this anyway." (from GCC)
551       if (Op1F->getValue() == 1.0)
552         return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);  // Eliminate 'mul double %X, 1.0'
553     }
554   }
555
556   if (Value *Op0v = dyn_castNegVal(Op0))     // -X * -Y = X*Y
557     if (Value *Op1v = dyn_castNegVal(I.getOperand(1)))
558       return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, Op0v, Op1v);
559
560   return Changed ? &I : 0;
561 }
562
563 Instruction *InstCombiner::visitDiv(BinaryOperator &I) {
564   // div X, 1 == X
565   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
566     if (RHS->equalsInt(1))
567       return ReplaceInstUsesWith(I, I.getOperand(0));
568
569     // Check to see if this is an unsigned division with an exact power of 2,
570     // if so, convert to a right shift.
571     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
572       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X / 0
573         if (uint64_t C = Log2(Val))
574           return new ShiftInst(Instruction::Shr, I.getOperand(0),
575                                ConstantUInt::get(Type::UByteTy, C));
576   }
577
578   // 0 / X == 0, we don't need to preserve faults!
579   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
580     if (LHS->equalsInt(0))
581       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
582
583   return 0;
584 }
585
586
587 Instruction *InstCombiner::visitRem(BinaryOperator &I) {
588   if (ConstantInt *RHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(1))) {
589     if (RHS->equalsInt(1))  // X % 1 == 0
590       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
591
592     // Check to see if this is an unsigned remainder with an exact power of 2,
593     // if so, convert to a bitwise and.
594     if (ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(RHS))
595       if (uint64_t Val = C->getValue())    // Don't break X % 0 (divide by zero)
596         if (Log2(Val))
597           return BinaryOperator::create(Instruction::And, I.getOperand(0),
598                                         ConstantUInt::get(I.getType(), Val-1));
599   }
600
601   // 0 % X == 0, we don't need to preserve faults!
602   if (ConstantInt *LHS = dyn_cast<ConstantInt>(I.getOperand(0)))
603     if (LHS->equalsInt(0))
604       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
605
606   return 0;
607 }
608
609 // isMaxValueMinusOne - return true if this is Max-1
610 static bool isMaxValueMinusOne(const ConstantInt *C) {
611   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C)) {
612     // Calculate -1 casted to the right type...
613     unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
614     uint64_t Val = ~0ULL;                // All ones
615     Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
616     return CU->getValue() == Val-1;
617   }
618
619   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
620   
621   // Calculate 0111111111..11111
622   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
623   int64_t Val = INT64_MAX;             // All ones
624   Val >>= 64-TypeBits;                 // Shift out unwanted 1 bits...
625   return CS->getValue() == Val-1;
626 }
627
628 // isMinValuePlusOne - return true if this is Min+1
629 static bool isMinValuePlusOne(const ConstantInt *C) {
630   if (const ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(C))
631     return CU->getValue() == 1;
632
633   const ConstantSInt *CS = cast<ConstantSInt>(C);
634   
635   // Calculate 1111111111000000000000 
636   unsigned TypeBits = C->getType()->getPrimitiveSize()*8;
637   int64_t Val = -1;                    // All ones
638   Val <<= TypeBits-1;                  // Shift over to the right spot
639   return CS->getValue() == Val+1;
640 }
641
642 /// getSetCondCode - Encode a setcc opcode into a three bit mask.  These bits
643 /// are carefully arranged to allow folding of expressions such as:
644 ///
645 ///      (A < B) | (A > B) --> (A != B)
646 ///
647 /// Bit value '4' represents that the comparison is true if A > B, bit value '2'
648 /// represents that the comparison is true if A == B, and bit value '1' is true
649 /// if A < B.
650 ///
651 static unsigned getSetCondCode(const SetCondInst *SCI) {
652   switch (SCI->getOpcode()) {
653     // False -> 0
654   case Instruction::SetGT: return 1;
655   case Instruction::SetEQ: return 2;
656   case Instruction::SetGE: return 3;
657   case Instruction::SetLT: return 4;
658   case Instruction::SetNE: return 5;
659   case Instruction::SetLE: return 6;
660     // True -> 7
661   default:
662     assert(0 && "Invalid SetCC opcode!");
663     return 0;
664   }
665 }
666
667 /// getSetCCValue - This is the complement of getSetCondCode, which turns an
668 /// opcode and two operands into either a constant true or false, or a brand new
669 /// SetCC instruction.
670 static Value *getSetCCValue(unsigned Opcode, Value *LHS, Value *RHS) {
671   switch (Opcode) {
672   case 0: return ConstantBool::False;
673   case 1: return new SetCondInst(Instruction::SetGT, LHS, RHS);
674   case 2: return new SetCondInst(Instruction::SetEQ, LHS, RHS);
675   case 3: return new SetCondInst(Instruction::SetGE, LHS, RHS);
676   case 4: return new SetCondInst(Instruction::SetLT, LHS, RHS);
677   case 5: return new SetCondInst(Instruction::SetNE, LHS, RHS);
678   case 6: return new SetCondInst(Instruction::SetLE, LHS, RHS);
679   case 7: return ConstantBool::True;
680   default: assert(0 && "Illegal SetCCCode!"); return 0;
681   }
682 }
683
684 // FoldSetCCLogical - Implements (setcc1 A, B) & (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
685 struct FoldSetCCLogical {
686   InstCombiner &IC;
687   Value *LHS, *RHS;
688   FoldSetCCLogical(InstCombiner &ic, SetCondInst *SCI)
689     : IC(ic), LHS(SCI->getOperand(0)), RHS(SCI->getOperand(1)) {}
690   bool shouldApply(Value *V) const {
691     if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(V))
692       return (SCI->getOperand(0) == LHS && SCI->getOperand(1) == RHS ||
693               SCI->getOperand(0) == RHS && SCI->getOperand(1) == LHS);
694     return false;
695   }
696   Instruction *apply(BinaryOperator &Log) const {
697     SetCondInst *SCI = cast<SetCondInst>(Log.getOperand(0));
698     if (SCI->getOperand(0) != LHS) {
699       assert(SCI->getOperand(1) == LHS);
700       SCI->swapOperands();  // Swap the LHS and RHS of the SetCC
701     }
702
703     unsigned LHSCode = getSetCondCode(SCI);
704     unsigned RHSCode = getSetCondCode(cast<SetCondInst>(Log.getOperand(1)));
705     unsigned Code;
706     switch (Log.getOpcode()) {
707     case Instruction::And: Code = LHSCode & RHSCode; break;
708     case Instruction::Or:  Code = LHSCode | RHSCode; break;
709     case Instruction::Xor: Code = LHSCode ^ RHSCode; break;
710     default: assert(0 && "Illegal logical opcode!");
711     }
712
713     Value *RV = getSetCCValue(Code, LHS, RHS);
714     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(RV))
715       return I;
716     // Otherwise, it's a constant boolean value...
717     return IC.ReplaceInstUsesWith(Log, RV);
718   }
719 };
720
721
722 // OptAndOp - This handles expressions of the form ((val OP C1) & C2).  Where
723 // the Op parameter is 'OP', OpRHS is 'C1', and AndRHS is 'C2'.  Op is
724 // guaranteed to be either a shift instruction or a binary operator.
725 Instruction *InstCombiner::OptAndOp(Instruction *Op,
726                                     ConstantIntegral *OpRHS,
727                                     ConstantIntegral *AndRHS,
728                                     BinaryOperator &TheAnd) {
729   Value *X = Op->getOperand(0);
730   switch (Op->getOpcode()) {
731   case Instruction::Xor:
732     if ((*AndRHS & *OpRHS)->isNullValue()) {
733       // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) iff (C1&C2) == 0
734       return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS);
735     } else if (Op->use_size() == 1) {
736       // (X ^ C1) & C2 --> (X & C2) ^ (C1&C2)
737       std::string OpName = Op->getName(); Op->setName("");
738       Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And,
739                                                 X, AndRHS, OpName);
740       InsertNewInstBefore(And, TheAnd);
741       return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, And, *AndRHS & *OpRHS);
742     }
743     break;
744   case Instruction::Or:
745     // (X | C1) & C2 --> X & C2 iff C1 & C1 == 0
746     if ((*AndRHS & *OpRHS)->isNullValue())
747       return BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS);
748     else {
749       Constant *Together = *AndRHS & *OpRHS;
750       if (Together == AndRHS) // (X | C) & C --> C
751         return ReplaceInstUsesWith(TheAnd, AndRHS);
752       
753       if (Op->use_size() == 1 && Together != OpRHS) {
754         // (X | C1) & C2 --> (X | (C1&C2)) & C2
755         std::string Op0Name = Op->getName(); Op->setName("");
756         Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, X,
757                                                  Together, Op0Name);
758         InsertNewInstBefore(Or, TheAnd);
759         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or, AndRHS);
760       }
761     }
762     break;
763   case Instruction::Add:
764     if (Op->use_size() == 1) {
765       // Adding a one to a single bit bit-field should be turned into an XOR
766       // of the bit.  First thing to check is to see if this AND is with a
767       // single bit constant.
768       unsigned long long AndRHSV = cast<ConstantInt>(AndRHS)->getRawValue();
769
770       // Clear bits that are not part of the constant.
771       AndRHSV &= (1ULL << AndRHS->getType()->getPrimitiveSize()*8)-1;
772
773       // If there is only one bit set...
774       if ((AndRHSV & (AndRHSV-1)) == 0) {
775         // Ok, at this point, we know that we are masking the result of the
776         // ADD down to exactly one bit.  If the constant we are adding has
777         // no bits set below this bit, then we can eliminate the ADD.
778         unsigned long long AddRHS = cast<ConstantInt>(OpRHS)->getRawValue();
779             
780         // Check to see if any bits below the one bit set in AndRHSV are set.
781         if ((AddRHS & (AndRHSV-1)) == 0) {
782           // If not, the only thing that can effect the output of the AND is
783           // the bit specified by AndRHSV.  If that bit is set, the effect of
784           // the XOR is to toggle the bit.  If it is clear, then the ADD has
785           // no effect.
786           if ((AddRHS & AndRHSV) == 0) { // Bit is not set, noop
787             TheAnd.setOperand(0, X);
788             return &TheAnd;
789           } else {
790             std::string Name = Op->getName(); Op->setName("");
791             // Pull the XOR out of the AND.
792             Instruction *NewAnd =
793               BinaryOperator::create(Instruction::And, X, AndRHS, Name);
794             InsertNewInstBefore(NewAnd, TheAnd);
795             return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, NewAnd, AndRHS);
796           }
797         }
798       }
799     }
800     break;
801
802   case Instruction::Shl: {
803     // We know that the AND will not produce any of the bits shifted in, so if
804     // the anded constant includes them, clear them now!
805     //
806     Constant *AllOne = ConstantIntegral::getAllOnesValue(AndRHS->getType());
807     Constant *CI = *AndRHS & *(*AllOne << *OpRHS);
808     if (CI != AndRHS) {
809       TheAnd.setOperand(1, CI);
810       return &TheAnd;
811     }
812     break;
813   } 
814   case Instruction::Shr:
815     // We know that the AND will not produce any of the bits shifted in, so if
816     // the anded constant includes them, clear them now!  This only applies to
817     // unsigned shifts, because a signed shr may bring in set bits!
818     //
819     if (AndRHS->getType()->isUnsigned()) {
820       Constant *AllOne = ConstantIntegral::getAllOnesValue(AndRHS->getType());
821       Constant *CI = *AndRHS & *(*AllOne >> *OpRHS);
822       if (CI != AndRHS) {
823         TheAnd.setOperand(1, CI);
824         return &TheAnd;
825       }
826     }
827     break;
828   }
829   return 0;
830 }
831
832
833 Instruction *InstCombiner::visitAnd(BinaryOperator &I) {
834   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
835   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
836
837   // and X, X = X   and X, 0 == 0
838   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
839     return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
840
841   // and X, -1 == X
842   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
843     if (RHS->isAllOnesValue())
844       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
845
846     // Optimize a variety of ((val OP C1) & C2) combinations...
847     if (isa<BinaryOperator>(Op0) || isa<ShiftInst>(Op0)) {
848       Instruction *Op0I = cast<Instruction>(Op0);
849       Value *X = Op0I->getOperand(0);
850       if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1)))
851         if (Instruction *Res = OptAndOp(Op0I, Op0CI, RHS, I))
852           return Res;
853     }
854   }
855
856   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
857   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
858
859   // (~A & ~B) == (~(A | B)) - Demorgan's Law
860   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
861     Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0NotVal,
862                                              Op1NotVal,I.getName()+".demorgan");
863     InsertNewInstBefore(Or, I);
864     return BinaryOperator::createNot(Or);
865   }
866
867   if (Op0NotVal == Op1 || Op1NotVal == Op0)  // A & ~A  == ~A & A == 0
868     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
869
870   // (setcc1 A, B) & (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
871   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
872     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
873       return R;
874
875   return Changed ? &I : 0;
876 }
877
878
879
880 Instruction *InstCombiner::visitOr(BinaryOperator &I) {
881   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
882   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
883
884   // or X, X = X   or X, 0 == X
885   if (Op0 == Op1 || Op1 == Constant::getNullValue(I.getType()))
886     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
887
888   // or X, -1 == -1
889   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
890     if (RHS->isAllOnesValue())
891       return ReplaceInstUsesWith(I, Op1);
892
893     if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0)) {
894       // (X & C1) | C2 --> (X | C2) & (C1|C2)
895       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::And && isOnlyUse(Op0))
896         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
897           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
898           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
899                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
900                                                    Op0Name);
901           InsertNewInstBefore(Or, I);
902           return BinaryOperator::create(Instruction::And, Or, *RHS | *Op0CI);
903         }
904
905       // (X ^ C1) | C2 --> (X | C2) ^ (C1&~C2)
906       if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Xor && isOnlyUse(Op0))
907         if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1))) {
908           std::string Op0Name = Op0I->getName(); Op0I->setName("");
909           Instruction *Or = BinaryOperator::create(Instruction::Or,
910                                                    Op0I->getOperand(0), RHS,
911                                                    Op0Name);
912           InsertNewInstBefore(Or, I);
913           return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Or, *Op0CI & *~*RHS);
914         }
915     }
916   }
917
918   // (A & C1)|(A & C2) == A & (C1|C2)
919   if (Instruction *LHS = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
920     if (Instruction *RHS = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1))
921       if (LHS->getOperand(0) == RHS->getOperand(0))
922         if (Constant *C0 = dyn_castMaskingAnd(LHS))
923           if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(RHS))
924             return BinaryOperator::create(Instruction::And, LHS->getOperand(0),
925                                           *C0 | *C1);            
926
927   Value *Op0NotVal = dyn_castNotVal(Op0);
928   Value *Op1NotVal = dyn_castNotVal(Op1);
929
930   if (Op1 == Op0NotVal)   // ~A | A == -1
931     return ReplaceInstUsesWith(I, 
932                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
933
934   if (Op0 == Op1NotVal)   // A | ~A == -1
935     return ReplaceInstUsesWith(I, 
936                                ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
937
938   // (~A | ~B) == (~(A & B)) - Demorgan's Law
939   if (Op0NotVal && Op1NotVal && isOnlyUse(Op0) && isOnlyUse(Op1)) {
940     Instruction *And = BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0NotVal,
941                                               Op1NotVal,I.getName()+".demorgan",
942                                               &I);
943     WorkList.push_back(And);
944     return BinaryOperator::createNot(And);
945   }
946
947   // (setcc1 A, B) | (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
948   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
949     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
950       return R;
951
952   return Changed ? &I : 0;
953 }
954
955
956
957 Instruction *InstCombiner::visitXor(BinaryOperator &I) {
958   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
959   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
960
961   // xor X, X = 0
962   if (Op0 == Op1)
963     return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(I.getType()));
964
965   if (ConstantIntegral *RHS = dyn_cast<ConstantIntegral>(Op1)) {
966     // xor X, 0 == X
967     if (RHS->isNullValue())
968       return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
969
970     if (BinaryOperator *Op0I = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
971       // xor (setcc A, B), true = not (setcc A, B) = setncc A, B
972       if (SetCondInst *SCI = dyn_cast<SetCondInst>(Op0I))
973         if (RHS == ConstantBool::True && SCI->use_size() == 1)
974           return new SetCondInst(SCI->getInverseCondition(),
975                                  SCI->getOperand(0), SCI->getOperand(1));
976           
977       if (ConstantInt *Op0CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op0I->getOperand(1)))
978         if (Op0I->getOpcode() == Instruction::And) {
979           // (X & C1) ^ C2 --> (X & C1) | C2 iff (C1&C2) == 0
980           if ((*RHS & *Op0CI)->isNullValue())
981             return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0, RHS);
982         } else if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Or) {
983           // (X | C1) ^ C2 --> (X | C1) & ~C2 iff (C1&C2) == C2
984           if ((*RHS & *Op0CI) == RHS)
985             return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0, ~*RHS);
986         }
987     }
988   }
989
990   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op0))   // ~A ^ A == -1
991     if (X == Op1)
992       return ReplaceInstUsesWith(I,
993                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
994
995   if (Value *X = dyn_castNotVal(Op1))   // A ^ ~A == -1
996     if (X == Op0)
997       return ReplaceInstUsesWith(I,
998                                 ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType()));
999
1000   if (Instruction *Op1I = dyn_cast<Instruction>(Op1))
1001     if (Op1I->getOpcode() == Instruction::Or)
1002       if (Op1I->getOperand(0) == Op0) {              // B^(B|A) == (A|B)^B
1003         cast<BinaryOperator>(Op1I)->swapOperands();
1004         I.swapOperands();
1005         std::swap(Op0, Op1);
1006       } else if (Op1I->getOperand(1) == Op0) {       // B^(A|B) == (A|B)^B
1007         I.swapOperands();
1008         std::swap(Op0, Op1);
1009       }
1010
1011   if (Instruction *Op0I = dyn_cast<Instruction>(Op0))
1012     if (Op0I->getOpcode() == Instruction::Or && Op0I->use_size() == 1) {
1013       if (Op0I->getOperand(0) == Op1)                // (B|A)^B == (A|B)^B
1014         cast<BinaryOperator>(Op0I)->swapOperands();
1015       if (Op0I->getOperand(1) == Op1) {              // (A|B)^B == A & ~B
1016         Value *NotB = BinaryOperator::createNot(Op1, Op1->getName()+".not", &I);
1017         WorkList.push_back(cast<Instruction>(NotB));
1018         return BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0I->getOperand(0),
1019                                       NotB);
1020       }
1021     }
1022
1023   // (A & C1)^(B & C2) -> (A & C1)|(B & C2) iff C1^C2 == 0
1024   if (Constant *C1 = dyn_castMaskingAnd(Op0))
1025     if (Constant *C2 = dyn_castMaskingAnd(Op1))
1026       if (ConstantExpr::get(Instruction::And, C1, C2)->isNullValue())
1027         return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Op0, Op1);
1028
1029   // (setcc1 A, B) ^ (setcc2 A, B) --> (setcc3 A, B)
1030   if (SetCondInst *RHS = dyn_cast<SetCondInst>(I.getOperand(1)))
1031     if (Instruction *R = AssociativeOpt(I, FoldSetCCLogical(*this, RHS)))
1032       return R;
1033
1034   return Changed ? &I : 0;
1035 }
1036
1037 // AddOne, SubOne - Add or subtract a constant one from an integer constant...
1038 static Constant *AddOne(ConstantInt *C) {
1039   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Add, C,
1040                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
1041   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
1042   return Result;
1043 }
1044 static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
1045   Constant *Result = ConstantExpr::get(Instruction::Sub, C,
1046                                        ConstantInt::get(C->getType(), 1));
1047   assert(Result && "Constant folding integer addition failed!");
1048   return Result;
1049 }
1050
1051 // isTrueWhenEqual - Return true if the specified setcondinst instruction is
1052 // true when both operands are equal...
1053 //
1054 static bool isTrueWhenEqual(Instruction &I) {
1055   return I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
1056          I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
1057          I.getOpcode() == Instruction::SetLE;
1058 }
1059
1060 Instruction *InstCombiner::visitSetCondInst(BinaryOperator &I) {
1061   bool Changed = SimplifyCommutative(I);
1062   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1063   const Type *Ty = Op0->getType();
1064
1065   // setcc X, X
1066   if (Op0 == Op1)
1067     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isTrueWhenEqual(I)));
1068
1069   // setcc <global/alloca*>, 0 - Global/Stack value addresses are never null!
1070   if (isa<ConstantPointerNull>(Op1) && 
1071       (isa<GlobalValue>(Op0) || isa<AllocaInst>(Op0)))
1072     return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(!isTrueWhenEqual(I)));
1073
1074
1075   // setcc's with boolean values can always be turned into bitwise operations
1076   if (Ty == Type::BoolTy) {
1077     // If this is <, >, or !=, we can change this into a simple xor instruction
1078     if (!isTrueWhenEqual(I))
1079       return BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1, I.getName());
1080
1081     // Otherwise we need to make a temporary intermediate instruction and insert
1082     // it into the instruction stream.  This is what we are after:
1083     //
1084     //  seteq bool %A, %B -> ~(A^B)
1085     //  setle bool %A, %B -> ~A | B
1086     //  setge bool %A, %B -> A | ~B
1087     //
1088     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ) {  // seteq case
1089       Instruction *Xor = BinaryOperator::create(Instruction::Xor, Op0, Op1,
1090                                                 I.getName()+"tmp");
1091       InsertNewInstBefore(Xor, I);
1092       return BinaryOperator::createNot(Xor, I.getName());
1093     }
1094
1095     // Handle the setXe cases...
1096     assert(I.getOpcode() == Instruction::SetGE ||
1097            I.getOpcode() == Instruction::SetLE);
1098
1099     if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)
1100       std::swap(Op0, Op1);                   // Change setge -> setle
1101
1102     // Now we just have the SetLE case.
1103     Instruction *Not = BinaryOperator::createNot(Op0, I.getName()+"tmp");
1104     InsertNewInstBefore(Not, I);
1105     return BinaryOperator::create(Instruction::Or, Not, Op1, I.getName());
1106   }
1107
1108   // Check to see if we are doing one of many comparisons against constant
1109   // integers at the end of their ranges...
1110   //
1111   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1112     // Simplify seteq and setne instructions...
1113     if (I.getOpcode() == Instruction::SetEQ ||
1114         I.getOpcode() == Instruction::SetNE) {
1115       bool isSetNE = I.getOpcode() == Instruction::SetNE;
1116
1117       // If the first operand is (and|or|xor) with a constant, and the second
1118       // operand is a constant, simplify a bit.
1119       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0)) {
1120         switch (BO->getOpcode()) {
1121         case Instruction::Add:
1122           if (CI->isNullValue()) {
1123             // Replace ((add A, B) != 0) with (A != -B) if A or B is
1124             // efficiently invertible, or if the add has just this one use.
1125             Value *BOp0 = BO->getOperand(0), *BOp1 = BO->getOperand(1);
1126             if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp1))
1127               return new SetCondInst(I.getOpcode(), BOp0, NegVal);
1128             else if (Value *NegVal = dyn_castNegVal(BOp0))
1129               return new SetCondInst(I.getOpcode(), NegVal, BOp1);
1130             else if (BO->use_size() == 1) {
1131               Instruction *Neg = BinaryOperator::createNeg(BOp1, BO->getName());
1132               BO->setName("");
1133               InsertNewInstBefore(Neg, I);
1134               return new SetCondInst(I.getOpcode(), BOp0, Neg);
1135             }
1136           }
1137           break;
1138         case Instruction::Xor:
1139           // For the xor case, we can xor two constants together, eliminating
1140           // the explicit xor.
1141           if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
1142             return BinaryOperator::create(I.getOpcode(), BO->getOperand(0),
1143                                           *CI ^ *BOC);
1144
1145           // FALLTHROUGH
1146         case Instruction::Sub:
1147           // Replace (([sub|xor] A, B) != 0) with (A != B)
1148           if (CI->isNullValue())
1149             return new SetCondInst(I.getOpcode(), BO->getOperand(0),
1150                                    BO->getOperand(1));
1151           break;
1152
1153         case Instruction::Or:
1154           // If bits are being or'd in that are not present in the constant we
1155           // are comparing against, then the comparison could never succeed!
1156           if (Constant *BOC = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
1157             if (!(*BOC & *~*CI)->isNullValue())
1158               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
1159           break;
1160
1161         case Instruction::And:
1162           if (ConstantInt *BOC = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
1163             // If bits are being compared against that are and'd out, then the
1164             // comparison can never succeed!
1165             if (!(*CI & *~*BOC)->isNullValue())
1166               return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::get(isSetNE));
1167
1168             // Replace (and X, (1 << size(X)-1) != 0) with x < 0, converting X
1169             // to be a signed value as appropriate.
1170             if (isSignBit(BOC)) {
1171               Value *X = BO->getOperand(0);
1172               // If 'X' is not signed, insert a cast now...
1173               if (!BOC->getType()->isSigned()) {
1174                 const Type *DestTy;
1175                 switch (BOC->getType()->getPrimitiveID()) {
1176                 case Type::UByteTyID:  DestTy = Type::SByteTy; break;
1177                 case Type::UShortTyID: DestTy = Type::ShortTy; break;
1178                 case Type::UIntTyID:   DestTy = Type::IntTy;   break;
1179                 case Type::ULongTyID:  DestTy = Type::LongTy;  break;
1180                 default: assert(0 && "Invalid unsigned integer type!"); abort();
1181                 }
1182                 CastInst *NewCI = new CastInst(X,DestTy,X->getName()+".signed");
1183                 InsertNewInstBefore(NewCI, I);
1184                 X = NewCI;
1185               }
1186               return new SetCondInst(isSetNE ? Instruction::SetLT :
1187                                          Instruction::SetGE, X,
1188                                      Constant::getNullValue(X->getType()));
1189             }
1190           }
1191         default: break;
1192         }
1193       }
1194     }
1195
1196     // Check to see if we are comparing against the minimum or maximum value...
1197     if (CI->isMinValue()) {
1198       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN -> FALSE
1199         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1200       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN -> TRUE
1201         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1202       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MIN -> A == MIN
1203         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,Op1, I.getName());
1204       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MIN -> A != MIN
1205         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,Op1, I.getName());
1206
1207     } else if (CI->isMaxValue()) {
1208       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX -> FALSE
1209         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::False);
1210       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX -> TRUE
1211         return ReplaceInstUsesWith(I, ConstantBool::True);
1212       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MAX -> A == MAX
1213         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,Op1, I.getName());
1214       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MAX -> A != MAX
1215         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,Op1, I.getName());
1216
1217       // Comparing against a value really close to min or max?
1218     } else if (isMinValuePlusOne(CI)) {
1219       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLT)       // A < MIN+1 -> A == MIN
1220         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,
1221                                       SubOne(CI), I.getName());
1222       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGE)       // A >= MIN-1 -> A != MIN
1223         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,
1224                                       SubOne(CI), I.getName());
1225
1226     } else if (isMaxValueMinusOne(CI)) {
1227       if (I.getOpcode() == Instruction::SetGT)       // A > MAX-1 -> A == MAX
1228         return BinaryOperator::create(Instruction::SetEQ, Op0,
1229                                       AddOne(CI), I.getName());
1230       if (I.getOpcode() == Instruction::SetLE)       // A <= MAX-1 -> A != MAX
1231         return BinaryOperator::create(Instruction::SetNE, Op0,
1232                                       AddOne(CI), I.getName());
1233     }
1234   }
1235
1236   return Changed ? &I : 0;
1237 }
1238
1239
1240
1241 Instruction *InstCombiner::visitShiftInst(ShiftInst &I) {
1242   assert(I.getOperand(1)->getType() == Type::UByteTy);
1243   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
1244   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
1245
1246   // shl X, 0 == X and shr X, 0 == X
1247   // shl 0, X == 0 and shr 0, X == 0
1248   if (Op1 == Constant::getNullValue(Type::UByteTy) ||
1249       Op0 == Constant::getNullValue(Op0->getType()))
1250     return ReplaceInstUsesWith(I, Op0);
1251
1252   // shr int -1, X = -1   (for any arithmetic shift rights of ~0)
1253   if (!isLeftShift)
1254     if (ConstantSInt *CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(Op0))
1255       if (CSI->isAllOnesValue())
1256         return ReplaceInstUsesWith(I, CSI);
1257
1258   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast<ConstantUInt>(Op1)) {
1259     // shl uint X, 32 = 0 and shr ubyte Y, 9 = 0, ... just don't eliminate shr
1260     // of a signed value.
1261     //
1262     unsigned TypeBits = Op0->getType()->getPrimitiveSize()*8;
1263     if (CUI->getValue() >= TypeBits &&
1264         (!Op0->getType()->isSigned() || isLeftShift))
1265       return ReplaceInstUsesWith(I, Constant::getNullValue(Op0->getType()));
1266
1267     // ((X*C1) << C2) == (X * (C1 << C2))
1268     if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
1269       if (BO->getOpcode() == Instruction::Mul && isLeftShift)
1270         if (Constant *BOOp = dyn_cast<Constant>(BO->getOperand(1)))
1271           return BinaryOperator::create(Instruction::Mul, BO->getOperand(0),
1272                                         *BOOp << *CUI);
1273     
1274
1275     // If the operand is an bitwise operator with a constant RHS, and the
1276     // shift is the only use, we can pull it out of the shift.
1277     if (Op0->use_size() == 1)
1278       if (BinaryOperator *Op0BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op0))
1279         if (ConstantInt *Op0C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0BO->getOperand(1))) {
1280           bool isValid = true;     // Valid only for And, Or, Xor
1281           bool highBitSet = false; // Transform if high bit of constant set?
1282
1283           switch (Op0BO->getOpcode()) {
1284           default: isValid = false; break;   // Do not perform transform!
1285           case Instruction::Or:
1286           case Instruction::Xor:
1287             highBitSet = false;
1288             break;
1289           case Instruction::And:
1290             highBitSet = true;
1291             break;
1292           }
1293
1294           // If this is a signed shift right, and the high bit is modified
1295           // by the logical operation, do not perform the transformation.
1296           // The highBitSet boolean indicates the value of the high bit of
1297           // the constant which would cause it to be modified for this
1298           // operation.
1299           //
1300           if (isValid && !isLeftShift && !I.getType()->isUnsigned()) {
1301             uint64_t Val = Op0C->getRawValue();
1302             isValid = ((Val & (1 << (TypeBits-1))) != 0) == highBitSet;
1303           }
1304
1305           if (isValid) {
1306             Constant *NewRHS =
1307               ConstantFoldShiftInstruction(I.getOpcode(), Op0C, CUI);
1308
1309             Instruction *NewShift =
1310               new ShiftInst(I.getOpcode(), Op0BO->getOperand(0), CUI,
1311                             Op0BO->getName());
1312             Op0BO->setName("");
1313             InsertNewInstBefore(NewShift, I);
1314
1315             return BinaryOperator::create(Op0BO->getOpcode(), NewShift,
1316                                           NewRHS);
1317           }
1318         }
1319
1320     // If this is a shift of a shift, see if we can fold the two together...
1321     if (ShiftInst *Op0SI = dyn_cast<ShiftInst>(Op0))
1322       if (ConstantUInt *ShiftAmt1C =
1323                                  dyn_cast<ConstantUInt>(Op0SI->getOperand(1))) {
1324         unsigned ShiftAmt1 = ShiftAmt1C->getValue();
1325         unsigned ShiftAmt2 = CUI->getValue();
1326         
1327         // Check for (A << c1) << c2   and   (A >> c1) >> c2
1328         if (I.getOpcode() == Op0SI->getOpcode()) {
1329           unsigned Amt = ShiftAmt1+ShiftAmt2;   // Fold into one big shift...
1330           return new ShiftInst(I.getOpcode(), Op0SI->getOperand(0),
1331                                ConstantUInt::get(Type::UByteTy, Amt));
1332         }
1333         
1334         // Check for (A << c1) >> c2 or visaversa.  If we are dealing with
1335         // signed types, we can only support the (A >> c1) << c2 configuration,
1336         // because it can not turn an arbitrary bit of A into a sign bit.
1337         if (I.getType()->isUnsigned() || isLeftShift) {
1338           // Calculate bitmask for what gets shifted off the edge...
1339           Constant *C = ConstantIntegral::getAllOnesValue(I.getType());
1340           if (isLeftShift)
1341             C = ConstantExpr::getShift(Instruction::Shl, C, ShiftAmt1C);
1342           else
1343             C = ConstantExpr::getShift(Instruction::Shr, C, ShiftAmt1C);
1344           
1345           Instruction *Mask =
1346             BinaryOperator::create(Instruction::And, Op0SI->getOperand(0),
1347                                    C, Op0SI->getOperand(0)->getName()+".mask");
1348           InsertNewInstBefore(Mask, I);
1349           
1350           // Figure out what flavor of shift we should use...
1351           if (ShiftAmt1 == ShiftAmt2)
1352             return ReplaceInstUsesWith(I, Mask);  // (A << c) >> c  === A & c2
1353           else if (ShiftAmt1 < ShiftAmt2) {
1354             return new ShiftInst(I.getOpcode(), Mask,
1355                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt2-ShiftAmt1));
1356           } else {
1357             return new ShiftInst(Op0SI->getOpcode(), Mask,
1358                          ConstantUInt::get(Type::UByteTy, ShiftAmt1-ShiftAmt2));
1359           }
1360         }
1361       }
1362   }
1363
1364   return 0;
1365 }
1366
1367
1368 // isEliminableCastOfCast - Return true if it is valid to eliminate the CI
1369 // instruction.
1370 //
1371 static inline bool isEliminableCastOfCast(const Type *SrcTy, const Type *MidTy,
1372                                           const Type *DstTy) {
1373
1374   // It is legal to eliminate the instruction if casting A->B->A if the sizes
1375   // are identical and the bits don't get reinterpreted (for example 
1376   // int->float->int would not be allowed)
1377   if (SrcTy == DstTy && SrcTy->isLosslesslyConvertibleTo(MidTy))
1378     return true;
1379
1380   // Allow free casting and conversion of sizes as long as the sign doesn't
1381   // change...
1382   if (SrcTy->isIntegral() && MidTy->isIntegral() && DstTy->isIntegral()) {
1383     unsigned SrcSize = SrcTy->getPrimitiveSize();
1384     unsigned MidSize = MidTy->getPrimitiveSize();
1385     unsigned DstSize = DstTy->getPrimitiveSize();
1386
1387     // Cases where we are monotonically decreasing the size of the type are
1388     // always ok, regardless of what sign changes are going on.
1389     //
1390     if (SrcSize >= MidSize && MidSize >= DstSize)
1391       return true;
1392
1393     // Cases where the source and destination type are the same, but the middle
1394     // type is bigger are noops.
1395     //
1396     if (SrcSize == DstSize && MidSize > SrcSize)
1397       return true;
1398
1399     // If we are monotonically growing, things are more complex.
1400     //
1401     if (SrcSize <= MidSize && MidSize <= DstSize) {
1402       // We have eight combinations of signedness to worry about. Here's the
1403       // table:
1404       static const int SignTable[8] = {
1405         // CODE, SrcSigned, MidSigned, DstSigned, Comment
1406         1,     //   U          U          U       Always ok
1407         1,     //   U          U          S       Always ok
1408         3,     //   U          S          U       Ok iff SrcSize != MidSize
1409         3,     //   U          S          S       Ok iff SrcSize != MidSize
1410         0,     //   S          U          U       Never ok
1411         2,     //   S          U          S       Ok iff MidSize == DstSize
1412         1,     //   S          S          U       Always ok
1413         1,     //   S          S          S       Always ok
1414       };
1415
1416       // Choose an action based on the current entry of the signtable that this
1417       // cast of cast refers to...
1418       unsigned Row = SrcTy->isSigned()*4+MidTy->isSigned()*2+DstTy->isSigned();
1419       switch (SignTable[Row]) {
1420       case 0: return false;              // Never ok
1421       case 1: return true;               // Always ok
1422       case 2: return MidSize == DstSize; // Ok iff MidSize == DstSize
1423       case 3:                            // Ok iff SrcSize != MidSize
1424         return SrcSize != MidSize || SrcTy == Type::BoolTy;
1425       default: assert(0 && "Bad entry in sign table!");
1426       }
1427     }
1428   }
1429
1430   // Otherwise, we cannot succeed.  Specifically we do not want to allow things
1431   // like:  short -> ushort -> uint, because this can create wrong results if
1432   // the input short is negative!
1433   //
1434   return false;
1435 }
1436
1437 static bool ValueRequiresCast(const Value *V, const Type *Ty) {
1438   if (V->getType() == Ty || isa<Constant>(V)) return false;
1439   if (const CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
1440     if (isEliminableCastOfCast(CI->getOperand(0)->getType(), CI->getType(), Ty))
1441       return false;
1442   return true;
1443 }
1444
1445 /// InsertOperandCastBefore - This inserts a cast of V to DestTy before the
1446 /// InsertBefore instruction.  This is specialized a bit to avoid inserting
1447 /// casts that are known to not do anything...
1448 ///
1449 Value *InstCombiner::InsertOperandCastBefore(Value *V, const Type *DestTy,
1450                                              Instruction *InsertBefore) {
1451   if (V->getType() == DestTy) return V;
1452   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
1453     return ConstantExpr::getCast(C, DestTy);
1454
1455   CastInst *CI = new CastInst(V, DestTy, V->getName());
1456   InsertNewInstBefore(CI, *InsertBefore);
1457   return CI;
1458 }
1459
1460 // CastInst simplification
1461 //
1462 Instruction *InstCombiner::visitCastInst(CastInst &CI) {
1463   Value *Src = CI.getOperand(0);
1464
1465   // If the user is casting a value to the same type, eliminate this cast
1466   // instruction...
1467   if (CI.getType() == Src->getType())
1468     return ReplaceInstUsesWith(CI, Src);
1469
1470   // If casting the result of another cast instruction, try to eliminate this
1471   // one!
1472   //
1473   if (CastInst *CSrc = dyn_cast<CastInst>(Src)) {
1474     if (isEliminableCastOfCast(CSrc->getOperand(0)->getType(),
1475                                CSrc->getType(), CI.getType())) {
1476       // This instruction now refers directly to the cast's src operand.  This
1477       // has a good chance of making CSrc dead.
1478       CI.setOperand(0, CSrc->getOperand(0));
1479       return &CI;
1480     }
1481
1482     // If this is an A->B->A cast, and we are dealing with integral types, try
1483     // to convert this into a logical 'and' instruction.
1484     //
1485     if (CSrc->getOperand(0)->getType() == CI.getType() &&
1486         CI.getType()->isInteger() && CSrc->getType()->isInteger() &&
1487         CI.getType()->isUnsigned() && CSrc->getType()->isUnsigned() &&
1488         CSrc->getType()->getPrimitiveSize() < CI.getType()->getPrimitiveSize()){
1489       assert(CSrc->getType() != Type::ULongTy &&
1490              "Cannot have type bigger than ulong!");
1491       uint64_t AndValue = (1ULL << CSrc->getType()->getPrimitiveSize()*8)-1;
1492       Constant *AndOp = ConstantUInt::get(CI.getType(), AndValue);
1493       return BinaryOperator::create(Instruction::And, CSrc->getOperand(0),
1494                                     AndOp);
1495     }
1496   }
1497
1498   // If casting the result of a getelementptr instruction with no offset, turn
1499   // this into a cast of the original pointer!
1500   //
1501   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Src)) {
1502     bool AllZeroOperands = true;
1503     for (unsigned i = 1, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i)
1504       if (!isa<Constant>(GEP->getOperand(i)) ||
1505           !cast<Constant>(GEP->getOperand(i))->isNullValue()) {
1506         AllZeroOperands = false;
1507         break;
1508       }
1509     if (AllZeroOperands) {
1510       CI.setOperand(0, GEP->getOperand(0));
1511       return &CI;
1512     }
1513   }
1514
1515   // If the source value is an instruction with only this use, we can attempt to
1516   // propagate the cast into the instruction.  Also, only handle integral types
1517   // for now.
1518   if (Instruction *SrcI = dyn_cast<Instruction>(Src))
1519     if (SrcI->use_size() == 1 && Src->getType()->isIntegral() &&
1520         CI.getType()->isInteger()) {  // Don't mess with casts to bool here
1521       const Type *DestTy = CI.getType();
1522       unsigned SrcBitSize = getTypeSizeInBits(Src->getType());
1523       unsigned DestBitSize = getTypeSizeInBits(DestTy);
1524
1525       Value *Op0 = SrcI->getNumOperands() > 0 ? SrcI->getOperand(0) : 0;
1526       Value *Op1 = SrcI->getNumOperands() > 1 ? SrcI->getOperand(1) : 0;
1527
1528       switch (SrcI->getOpcode()) {
1529       case Instruction::Add:
1530       case Instruction::Mul:
1531       case Instruction::And:
1532       case Instruction::Or:
1533       case Instruction::Xor:
1534         // If we are discarding information, or just changing the sign, rewrite.
1535         if (DestBitSize <= SrcBitSize && DestBitSize != 1) {
1536           // Don't insert two casts if they cannot be eliminated.  We allow two
1537           // casts to be inserted if the sizes are the same.  This could only be
1538           // converting signedness, which is a noop.
1539           if (DestBitSize == SrcBitSize || !ValueRequiresCast(Op1, DestTy) ||
1540               !ValueRequiresCast(Op0, DestTy)) {
1541             Value *Op0c = InsertOperandCastBefore(Op0, DestTy, SrcI);
1542             Value *Op1c = InsertOperandCastBefore(Op1, DestTy, SrcI);
1543             return BinaryOperator::create(cast<BinaryOperator>(SrcI)
1544                              ->getOpcode(), Op0c, Op1c);
1545           }
1546         }
1547         break;
1548       case Instruction::Shl:
1549         // Allow changing the sign of the source operand.  Do not allow changing
1550         // the size of the shift, UNLESS the shift amount is a constant.  We
1551         // mush not change variable sized shifts to a smaller size, because it
1552         // is undefined to shift more bits out than exist in the value.
1553         if (DestBitSize == SrcBitSize ||
1554             (DestBitSize < SrcBitSize && isa<Constant>(Op1))) {
1555           Value *Op0c = InsertOperandCastBefore(Op0, DestTy, SrcI);
1556           return new ShiftInst(Instruction::Shl, Op0c, Op1);
1557         }
1558         break;
1559       }
1560     }
1561   
1562   return 0;
1563 }
1564
1565 // CallInst simplification
1566 //
1567 Instruction *InstCombiner::visitCallInst(CallInst &CI) {
1568   if (transformConstExprCastCall(&CI)) return 0;
1569   return 0;
1570 }
1571
1572 // InvokeInst simplification
1573 //
1574 Instruction *InstCombiner::visitInvokeInst(InvokeInst &II) {
1575   if (transformConstExprCastCall(&II)) return 0;
1576   return 0;
1577 }
1578
1579 // getPromotedType - Return the specified type promoted as it would be to pass
1580 // though a va_arg area...
1581 static const Type *getPromotedType(const Type *Ty) {
1582   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
1583   case Type::SByteTyID:
1584   case Type::ShortTyID:  return Type::IntTy;
1585   case Type::UByteTyID:
1586   case Type::UShortTyID: return Type::UIntTy;
1587   case Type::FloatTyID:  return Type::DoubleTy;
1588   default:               return Ty;
1589   }
1590 }
1591
1592 // transformConstExprCastCall - If the callee is a constexpr cast of a function,
1593 // attempt to move the cast to the arguments of the call/invoke.
1594 //
1595 bool InstCombiner::transformConstExprCastCall(CallSite CS) {
1596   if (!isa<ConstantExpr>(CS.getCalledValue())) return false;
1597   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(CS.getCalledValue());
1598   if (CE->getOpcode() != Instruction::Cast ||
1599       !isa<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
1600     return false;
1601   ConstantPointerRef *CPR = cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0));
1602   if (!isa<Function>(CPR->getValue())) return false;
1603   Function *Callee = cast<Function>(CPR->getValue());
1604   Instruction *Caller = CS.getInstruction();
1605
1606   // Okay, this is a cast from a function to a different type.  Unless doing so
1607   // would cause a type conversion of one of our arguments, change this call to
1608   // be a direct call with arguments casted to the appropriate types.
1609   //
1610   const FunctionType *FT = Callee->getFunctionType();
1611   const Type *OldRetTy = Caller->getType();
1612
1613   if (Callee->isExternal() &&
1614       !OldRetTy->isLosslesslyConvertibleTo(FT->getReturnType()))
1615     return false;   // Cannot transform this return value...
1616
1617   unsigned NumActualArgs = unsigned(CS.arg_end()-CS.arg_begin());
1618   unsigned NumCommonArgs = std::min(FT->getNumParams(), NumActualArgs);
1619                                     
1620   CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
1621   for (unsigned i = 0, e = NumCommonArgs; i != e; ++i, ++AI) {
1622     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1623     bool isConvertible = (*AI)->getType()->isLosslesslyConvertibleTo(ParamTy);
1624     if (Callee->isExternal() && !isConvertible) return false;    
1625   }
1626
1627   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs && !FT->isVarArg() &&
1628       Callee->isExternal())
1629     return false;   // Do not delete arguments unless we have a function body...
1630
1631   // Okay, we decided that this is a safe thing to do: go ahead and start
1632   // inserting cast instructions as necessary...
1633   std::vector<Value*> Args;
1634   Args.reserve(NumActualArgs);
1635
1636   AI = CS.arg_begin();
1637   for (unsigned i = 0; i != NumCommonArgs; ++i, ++AI) {
1638     const Type *ParamTy = FT->getParamType(i);
1639     if ((*AI)->getType() == ParamTy) {
1640       Args.push_back(*AI);
1641     } else {
1642       Instruction *Cast = new CastInst(*AI, ParamTy, "tmp");
1643       InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1644       Args.push_back(Cast);
1645     }
1646   }
1647
1648   // If the function takes more arguments than the call was taking, add them
1649   // now...
1650   for (unsigned i = NumCommonArgs; i != FT->getNumParams(); ++i)
1651     Args.push_back(Constant::getNullValue(FT->getParamType(i)));
1652
1653   // If we are removing arguments to the function, emit an obnoxious warning...
1654   if (FT->getNumParams() < NumActualArgs)
1655     if (!FT->isVarArg()) {
1656       std::cerr << "WARNING: While resolving call to function '"
1657                 << Callee->getName() << "' arguments were dropped!\n";
1658     } else {
1659       // Add all of the arguments in their promoted form to the arg list...
1660       for (unsigned i = FT->getNumParams(); i != NumActualArgs; ++i, ++AI) {
1661         const Type *PTy = getPromotedType((*AI)->getType());
1662         if (PTy != (*AI)->getType()) {
1663           // Must promote to pass through va_arg area!
1664           Instruction *Cast = new CastInst(*AI, PTy, "tmp");
1665           InsertNewInstBefore(Cast, *Caller);
1666           Args.push_back(Cast);
1667         } else {
1668           Args.push_back(*AI);
1669         }
1670       }
1671     }
1672
1673   if (FT->getReturnType() == Type::VoidTy)
1674     Caller->setName("");   // Void type should not have a name...
1675
1676   Instruction *NC;
1677   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Caller)) {
1678     NC = new InvokeInst(Callee, II->getNormalDest(), II->getExceptionalDest(),
1679                         Args, Caller->getName(), Caller);
1680   } else {
1681     NC = new CallInst(Callee, Args, Caller->getName(), Caller);
1682   }
1683
1684   // Insert a cast of the return type as necessary...
1685   Value *NV = NC;
1686   if (Caller->getType() != NV->getType() && !Caller->use_empty()) {
1687     if (NV->getType() != Type::VoidTy) {
1688       NV = NC = new CastInst(NC, Caller->getType(), "tmp");
1689       InsertNewInstBefore(NC, *Caller);
1690       AddUsesToWorkList(*Caller);
1691     } else {
1692       NV = Constant::getNullValue(Caller->getType());
1693     }
1694   }
1695
1696   if (Caller->getType() != Type::VoidTy && !Caller->use_empty())
1697     Caller->replaceAllUsesWith(NV);
1698   Caller->getParent()->getInstList().erase(Caller);
1699   removeFromWorkList(Caller);
1700   return true;
1701 }
1702
1703
1704
1705 // PHINode simplification
1706 //
1707 Instruction *InstCombiner::visitPHINode(PHINode &PN) {
1708   // If the PHI node only has one incoming value, eliminate the PHI node...
1709   if (PN.getNumIncomingValues() == 1)
1710     return ReplaceInstUsesWith(PN, PN.getIncomingValue(0));
1711   
1712   // Otherwise if all of the incoming values are the same for the PHI, replace
1713   // the PHI node with the incoming value.
1714   //
1715   Value *InVal = 0;
1716   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1717     if (PN.getIncomingValue(i) != &PN)  // Not the PHI node itself...
1718       if (InVal && PN.getIncomingValue(i) != InVal)
1719         return 0;  // Not the same, bail out.
1720       else
1721         InVal = PN.getIncomingValue(i);
1722
1723   // The only case that could cause InVal to be null is if we have a PHI node
1724   // that only has entries for itself.  In this case, there is no entry into the
1725   // loop, so kill the PHI.
1726   //
1727   if (InVal == 0) InVal = Constant::getNullValue(PN.getType());
1728
1729   // All of the incoming values are the same, replace the PHI node now.
1730   return ReplaceInstUsesWith(PN, InVal);
1731 }
1732
1733
1734 Instruction *InstCombiner::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1735   // Is it 'getelementptr %P, long 0'  or 'getelementptr %P'
1736   // If so, eliminate the noop.
1737   if ((GEP.getNumOperands() == 2 &&
1738        GEP.getOperand(1) == Constant::getNullValue(Type::LongTy)) ||
1739       GEP.getNumOperands() == 1)
1740     return ReplaceInstUsesWith(GEP, GEP.getOperand(0));
1741
1742   // Combine Indices - If the source pointer to this getelementptr instruction
1743   // is a getelementptr instruction, combine the indices of the two
1744   // getelementptr instructions into a single instruction.
1745   //
1746   if (GetElementPtrInst *Src = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP.getOperand(0))) {
1747     std::vector<Value *> Indices;
1748   
1749     // Can we combine the two pointer arithmetics offsets?
1750     if (Src->getNumOperands() == 2 && isa<Constant>(Src->getOperand(1)) &&
1751         isa<Constant>(GEP.getOperand(1))) {
1752       // Replace: gep (gep %P, long C1), long C2, ...
1753       // With:    gep %P, long (C1+C2), ...
1754       Value *Sum = ConstantExpr::get(Instruction::Add,
1755                                      cast<Constant>(Src->getOperand(1)),
1756                                      cast<Constant>(GEP.getOperand(1)));
1757       assert(Sum && "Constant folding of longs failed!?");
1758       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1759       GEP.setOperand(1, Sum);
1760       AddUsesToWorkList(*Src);   // Reduce use count of Src
1761       return &GEP;
1762     } else if (Src->getNumOperands() == 2) {
1763       // Replace: gep (gep %P, long B), long A, ...
1764       // With:    T = long A+B; gep %P, T, ...
1765       //
1766       Value *Sum = BinaryOperator::create(Instruction::Add, Src->getOperand(1),
1767                                           GEP.getOperand(1),
1768                                           Src->getName()+".sum", &GEP);
1769       GEP.setOperand(0, Src->getOperand(0));
1770       GEP.setOperand(1, Sum);
1771       WorkList.push_back(cast<Instruction>(Sum));
1772       return &GEP;
1773     } else if (*GEP.idx_begin() == Constant::getNullValue(Type::LongTy) &&
1774                Src->getNumOperands() != 1) { 
1775       // Otherwise we can do the fold if the first index of the GEP is a zero
1776       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end());
1777       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin()+1, GEP.idx_end());
1778     } else if (Src->getOperand(Src->getNumOperands()-1) == 
1779                Constant::getNullValue(Type::LongTy)) {
1780       // If the src gep ends with a constant array index, merge this get into
1781       // it, even if we have a non-zero array index.
1782       Indices.insert(Indices.end(), Src->idx_begin(), Src->idx_end()-1);
1783       Indices.insert(Indices.end(), GEP.idx_begin(), GEP.idx_end());
1784     }
1785
1786     if (!Indices.empty())
1787       return new GetElementPtrInst(Src->getOperand(0), Indices, GEP.getName());
1788
1789   } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(GEP.getOperand(0))) {
1790     // GEP of global variable.  If all of the indices for this GEP are
1791     // constants, we can promote this to a constexpr instead of an instruction.
1792
1793     // Scan for nonconstants...
1794     std::vector<Constant*> Indices;
1795     User::op_iterator I = GEP.idx_begin(), E = GEP.idx_end();
1796     for (; I != E && isa<Constant>(*I); ++I)
1797       Indices.push_back(cast<Constant>(*I));
1798
1799     if (I == E) {  // If they are all constants...
1800       Constant *CE =
1801         ConstantExpr::getGetElementPtr(ConstantPointerRef::get(GV), Indices);
1802
1803       // Replace all uses of the GEP with the new constexpr...
1804       return ReplaceInstUsesWith(GEP, CE);
1805     }
1806   }
1807
1808   return 0;
1809 }
1810
1811 Instruction *InstCombiner::visitAllocationInst(AllocationInst &AI) {
1812   // Convert: malloc Ty, C - where C is a constant != 1 into: malloc [C x Ty], 1
1813   if (AI.isArrayAllocation())    // Check C != 1
1814     if (const ConstantUInt *C = dyn_cast<ConstantUInt>(AI.getArraySize())) {
1815       const Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getValue());
1816       AllocationInst *New = 0;
1817
1818       // Create and insert the replacement instruction...
1819       if (isa<MallocInst>(AI))
1820         New = new MallocInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
1821       else {
1822         assert(isa<AllocaInst>(AI) && "Unknown type of allocation inst!");
1823         New = new AllocaInst(NewTy, 0, AI.getName(), &AI);
1824       }
1825       
1826       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
1827       // allocas if possible...
1828       //
1829       BasicBlock::iterator It = New;
1830       while (isa<AllocationInst>(*It)) ++It;
1831
1832       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
1833       // insert our getelementptr instruction...
1834       //
1835       std::vector<Value*> Idx(2, Constant::getNullValue(Type::LongTy));
1836       Value *V = new GetElementPtrInst(New, Idx, New->getName()+".sub", It);
1837
1838       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
1839       // allocation.
1840       ReplaceInstUsesWith(AI, V);
1841       return &AI;
1842     }
1843   return 0;
1844 }
1845
1846 /// GetGEPGlobalInitializer - Given a constant, and a getelementptr
1847 /// constantexpr, return the constant value being addressed by the constant
1848 /// expression, or null if something is funny.
1849 ///
1850 static Constant *GetGEPGlobalInitializer(Constant *C, ConstantExpr *CE) {
1851   if (CE->getOperand(1) != Constant::getNullValue(Type::LongTy))
1852     return 0;  // Do not allow stepping over the value!
1853
1854   // Loop over all of the operands, tracking down which value we are
1855   // addressing...
1856   for (unsigned i = 2, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
1857     if (ConstantUInt *CU = dyn_cast<ConstantUInt>(CE->getOperand(i))) {
1858       ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(C);
1859       if (CU->getValue() >= CS->getValues().size()) return 0;
1860       C = cast<Constant>(CS->getValues()[CU->getValue()]);
1861     } else if (ConstantSInt *CS = dyn_cast<ConstantSInt>(CE->getOperand(i))) {
1862       ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(C);
1863       if ((uint64_t)CS->getValue() >= CA->getValues().size()) return 0;
1864       C = cast<Constant>(CA->getValues()[CS->getValue()]);
1865     } else 
1866       return 0;
1867   return C;
1868 }
1869
1870 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1871   Value *Op = LI.getOperand(0);
1872   if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(Op))
1873     Op = CPR->getValue();
1874
1875   // Instcombine load (constant global) into the value loaded...
1876   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Op))
1877     if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
1878       return ReplaceInstUsesWith(LI, GV->getInitializer());
1879
1880   // Instcombine load (constantexpr_GEP global, 0, ...) into the value loaded...
1881   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Op))
1882     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
1883       if (ConstantPointerRef *G=dyn_cast<ConstantPointerRef>(CE->getOperand(0)))
1884         if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(G->getValue()))
1885           if (GV->isConstant() && !GV->isExternal())
1886             if (Constant *V = GetGEPGlobalInitializer(GV->getInitializer(), CE))
1887               return ReplaceInstUsesWith(LI, V);
1888   return 0;
1889 }
1890
1891
1892 Instruction *InstCombiner::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1893   // Change br (not X), label True, label False to: br X, label False, True
1894   if (BI.isConditional() && !isa<Constant>(BI.getCondition()))
1895     if (Value *V = dyn_castNotVal(BI.getCondition())) {
1896       BasicBlock *TrueDest = BI.getSuccessor(0);
1897       BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
1898       // Swap Destinations and condition...
1899       BI.setCondition(V);
1900       BI.setSuccessor(0, FalseDest);
1901       BI.setSuccessor(1, TrueDest);
1902       return &BI;
1903     }
1904   return 0;
1905 }
1906
1907
1908 void InstCombiner::removeFromWorkList(Instruction *I) {
1909   WorkList.erase(std::remove(WorkList.begin(), WorkList.end(), I),
1910                  WorkList.end());
1911 }
1912
1913 bool InstCombiner::runOnFunction(Function &F) {
1914   bool Changed = false;
1915
1916   WorkList.insert(WorkList.end(), inst_begin(F), inst_end(F));
1917
1918   while (!WorkList.empty()) {
1919     Instruction *I = WorkList.back();  // Get an instruction from the worklist
1920     WorkList.pop_back();
1921
1922     // Check to see if we can DCE or ConstantPropagate the instruction...
1923     // Check to see if we can DIE the instruction...
1924     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1925       // Add operands to the worklist...
1926       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1927         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1928           WorkList.push_back(Op);
1929
1930       ++NumDeadInst;
1931       BasicBlock::iterator BBI = I;
1932       if (dceInstruction(BBI)) {
1933         removeFromWorkList(I);
1934         continue;
1935       }
1936     } 
1937
1938     // Instruction isn't dead, see if we can constant propagate it...
1939     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I)) {
1940       // Add operands to the worklist...
1941       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1942         if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1943           WorkList.push_back(Op);
1944       ReplaceInstUsesWith(*I, C);
1945
1946       ++NumConstProp;
1947       BasicBlock::iterator BBI = I;
1948       if (dceInstruction(BBI)) {
1949         removeFromWorkList(I);
1950         continue;
1951       }
1952     }
1953     
1954     // Now that we have an instruction, try combining it to simplify it...
1955     if (Instruction *Result = visit(*I)) {
1956       ++NumCombined;
1957       // Should we replace the old instruction with a new one?
1958       if (Result != I) {
1959         // Instructions can end up on the worklist more than once.  Make sure
1960         // we do not process an instruction that has been deleted.
1961         removeFromWorkList(I);
1962         ReplaceInstWithInst(I, Result);
1963       } else {
1964         BasicBlock::iterator II = I;
1965
1966         // If the instruction was modified, it's possible that it is now dead.
1967         // if so, remove it.
1968         if (dceInstruction(II)) {
1969           // Instructions may end up in the worklist more than once.  Erase them
1970           // all.
1971           removeFromWorkList(I);
1972           Result = 0;
1973         }
1974       }
1975
1976       if (Result) {
1977         WorkList.push_back(Result);
1978         AddUsesToWorkList(*Result);
1979       }
1980       Changed = true;
1981     }
1982   }
1983
1984   return Changed;
1985 }
1986
1987 Pass *createInstructionCombiningPass() {
1988   return new InstCombiner();
1989 }