DataLayout is mandatory, update the API to reflect it with references.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineAddSub.cpp
index d10046c10baf017031bbf790d90328897fa53c6e..c608f84bc7bb5ec015480e9dced46671daac7dd2 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "InstCombine.h"
+#include "InstCombineInternal.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
-#include "llvm/Support/PatternMatch.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
+#include "llvm/IR/PatternMatch.h"
 using namespace llvm;
 using namespace PatternMatch;
 
-/// AddOne - Add one to a ConstantInt.
-static Constant *AddOne(Constant *C) {
-  return ConstantExpr::getAdd(C, ConstantInt::get(C->getType(), 1));
+#define DEBUG_TYPE "instcombine"
+
+namespace {
+
+  /// Class representing coefficient of floating-point addend.
+  /// This class needs to be highly efficient, which is especially true for
+  /// the constructor. As of I write this comment, the cost of the default
+  /// constructor is merely 4-byte-store-zero (Assuming compiler is able to
+  /// perform write-merging).
+  ///
+  class FAddendCoef {
+  public:
+    // The constructor has to initialize a APFloat, which is unnecessary for
+    // most addends which have coefficient either 1 or -1. So, the constructor
+    // is expensive. In order to avoid the cost of the constructor, we should
+    // reuse some instances whenever possible. The pre-created instances
+    // FAddCombine::Add[0-5] embodies this idea.
+    //
+    FAddendCoef() : IsFp(false), BufHasFpVal(false), IntVal(0) {}
+    ~FAddendCoef();
+
+    void set(short C) {
+      assert(!insaneIntVal(C) && "Insane coefficient");
+      IsFp = false; IntVal = C;
+    }
+
+    void set(const APFloat& C);
+
+    void negate();
+
+    bool isZero() const { return isInt() ? !IntVal : getFpVal().isZero(); }
+    Value *getValue(Type *) const;
+
+    // If possible, don't define operator+/operator- etc because these
+    // operators inevitably call FAddendCoef's constructor which is not cheap.
+    void operator=(const FAddendCoef &A);
+    void operator+=(const FAddendCoef &A);
+    void operator-=(const FAddendCoef &A);
+    void operator*=(const FAddendCoef &S);
+
+    bool isOne() const { return isInt() && IntVal == 1; }
+    bool isTwo() const { return isInt() && IntVal == 2; }
+    bool isMinusOne() const { return isInt() && IntVal == -1; }
+    bool isMinusTwo() const { return isInt() && IntVal == -2; }
+
+  private:
+    bool insaneIntVal(int V) { return V > 4 || V < -4; }
+    APFloat *getFpValPtr(void)
+      { return reinterpret_cast<APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
+    const APFloat *getFpValPtr(void) const
+      { return reinterpret_cast<const APFloat*>(&FpValBuf.buffer[0]); }
+
+    const APFloat &getFpVal(void) const {
+      assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
+      return *getFpValPtr();
+    }
+
+    APFloat &getFpVal(void) {
+      assert(IsFp && BufHasFpVal && "Incorret state");
+      return *getFpValPtr();
+    }
+
+    bool isInt() const { return !IsFp; }
+
+    // If the coefficient is represented by an integer, promote it to a
+    // floating point.
+    void convertToFpType(const fltSemantics &Sem);
+
+    // Construct an APFloat from a signed integer.
+    // TODO: We should get rid of this function when APFloat can be constructed
+    //       from an *SIGNED* integer.
+    APFloat createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val);
+  private:
+
+    bool IsFp;
+
+    // True iff FpValBuf contains an instance of APFloat.
+    bool BufHasFpVal;
+
+    // The integer coefficient of an individual addend is either 1 or -1,
+    // and we try to simplify at most 4 addends from neighboring at most
+    // two instructions. So the range of <IntVal> falls in [-4, 4]. APInt
+    // is overkill of this end.
+    short IntVal;
+
+    AlignedCharArrayUnion<APFloat> FpValBuf;
+  };
+
+  /// FAddend is used to represent floating-point addend. An addend is
+  /// represented as <C, V>, where the V is a symbolic value, and C is a
+  /// constant coefficient. A constant addend is represented as <C, 0>.
+  ///
+  class FAddend {
+  public:
+    FAddend() { Val = nullptr; }
+
+    Value *getSymVal (void) const { return Val; }
+    const FAddendCoef &getCoef(void) const { return Coeff; }
+
+    bool isConstant() const { return Val == nullptr; }
+    bool isZero() const { return Coeff.isZero(); }
+
+    void set(short Coefficient, Value *V) { Coeff.set(Coefficient), Val = V; }
+    void set(const APFloat& Coefficient, Value *V)
+      { Coeff.set(Coefficient); Val = V; }
+    void set(const ConstantFP* Coefficient, Value *V)
+      { Coeff.set(Coefficient->getValueAPF()); Val = V; }
+
+    void negate() { Coeff.negate(); }
+
+    /// Drill down the U-D chain one step to find the definition of V, and
+    /// try to break the definition into one or two addends.
+    static unsigned drillValueDownOneStep(Value* V, FAddend &A0, FAddend &A1);
+
+    /// Similar to FAddend::drillDownOneStep() except that the value being
+    /// splitted is the addend itself.
+    unsigned drillAddendDownOneStep(FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const;
+
+    void operator+=(const FAddend &T) {
+      assert((Val == T.Val) && "Symbolic-values disagree");
+      Coeff += T.Coeff;
+    }
+
+  private:
+    void Scale(const FAddendCoef& ScaleAmt) { Coeff *= ScaleAmt; }
+
+    // This addend has the value of "Coeff * Val".
+    Value *Val;
+    FAddendCoef Coeff;
+  };
+
+  /// FAddCombine is the class for optimizing an unsafe fadd/fsub along
+  /// with its neighboring at most two instructions.
+  ///
+  class FAddCombine {
+  public:
+    FAddCombine(InstCombiner::BuilderTy *B) : Builder(B), Instr(nullptr) {}
+    Value *simplify(Instruction *FAdd);
+
+  private:
+    typedef SmallVector<const FAddend*, 4> AddendVect;
+
+    Value *simplifyFAdd(AddendVect& V, unsigned InstrQuota);
+
+    Value *performFactorization(Instruction *I);
+
+    /// Convert given addend to a Value
+    Value *createAddendVal(const FAddend &A, bool& NeedNeg);
+
+    /// Return the number of instructions needed to emit the N-ary addition.
+    unsigned calcInstrNumber(const AddendVect& Vect);
+    Value *createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
+    Value *createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
+    Value *createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
+    Value *createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1);
+    Value *createFNeg(Value *V);
+    Value *createNaryFAdd(const AddendVect& Opnds, unsigned InstrQuota);
+    void createInstPostProc(Instruction *NewInst, bool NoNumber = false);
+
+    InstCombiner::BuilderTy *Builder;
+    Instruction *Instr;
+
+  private:
+     // Debugging stuff are clustered here.
+    #ifndef NDEBUG
+      unsigned CreateInstrNum;
+      void initCreateInstNum() { CreateInstrNum = 0; }
+      void incCreateInstNum() { CreateInstrNum++; }
+    #else
+      void initCreateInstNum() {}
+      void incCreateInstNum() {}
+    #endif
+  };
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// Implementation of
+//    {FAddendCoef, FAddend, FAddition, FAddCombine}.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+FAddendCoef::~FAddendCoef() {
+  if (BufHasFpVal)
+    getFpValPtr()->~APFloat();
+}
+
+void FAddendCoef::set(const APFloat& C) {
+  APFloat *P = getFpValPtr();
+
+  if (isInt()) {
+    // As the buffer is meanless byte stream, we cannot call
+    // APFloat::operator=().
+    new(P) APFloat(C);
+  } else
+    *P = C;
+
+  IsFp = BufHasFpVal = true;
+}
+
+void FAddendCoef::convertToFpType(const fltSemantics &Sem) {
+  if (!isInt())
+    return;
+
+  APFloat *P = getFpValPtr();
+  if (IntVal > 0)
+    new(P) APFloat(Sem, IntVal);
+  else {
+    new(P) APFloat(Sem, 0 - IntVal);
+    P->changeSign();
+  }
+  IsFp = BufHasFpVal = true;
 }
-/// SubOne - Subtract one from a ConstantInt.
-static Constant *SubOne(ConstantInt *C) {
-  return ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue()-1);
+
+APFloat FAddendCoef::createAPFloatFromInt(const fltSemantics &Sem, int Val) {
+  if (Val >= 0)
+    return APFloat(Sem, Val);
+
+  APFloat T(Sem, 0 - Val);
+  T.changeSign();
+
+  return T;
 }
 
+void FAddendCoef::operator=(const FAddendCoef &That) {
+  if (That.isInt())
+    set(That.IntVal);
+  else
+    set(That.getFpVal());
+}
 
-// dyn_castFoldableMul - If this value is a multiply that can be folded into
-// other computations (because it has a constant operand), return the
-// non-constant operand of the multiply, and set CST to point to the multiplier.
-// Otherwise, return null.
+void FAddendCoef::operator+=(const FAddendCoef &That) {
+  enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
+  if (isInt() == That.isInt()) {
+    if (isInt())
+      IntVal += That.IntVal;
+    else
+      getFpVal().add(That.getFpVal(), RndMode);
+    return;
+  }
+
+  if (isInt()) {
+    const APFloat &T = That.getFpVal();
+    convertToFpType(T.getSemantics());
+    getFpVal().add(T, RndMode);
+    return;
+  }
+
+  APFloat &T = getFpVal();
+  T.add(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), That.IntVal), RndMode);
+}
+
+void FAddendCoef::operator-=(const FAddendCoef &That) {
+  enum APFloat::roundingMode RndMode = APFloat::rmNearestTiesToEven;
+  if (isInt() == That.isInt()) {
+    if (isInt())
+      IntVal -= That.IntVal;
+    else
+      getFpVal().subtract(That.getFpVal(), RndMode);
+    return;
+  }
+
+  if (isInt()) {
+    const APFloat &T = That.getFpVal();
+    convertToFpType(T.getSemantics());
+    getFpVal().subtract(T, RndMode);
+    return;
+  }
+
+  APFloat &T = getFpVal();
+  T.subtract(createAPFloatFromInt(T.getSemantics(), IntVal), RndMode);
+}
+
+void FAddendCoef::operator*=(const FAddendCoef &That) {
+  if (That.isOne())
+    return;
+
+  if (That.isMinusOne()) {
+    negate();
+    return;
+  }
+
+  if (isInt() && That.isInt()) {
+    int Res = IntVal * (int)That.IntVal;
+    assert(!insaneIntVal(Res) && "Insane int value");
+    IntVal = Res;
+    return;
+  }
+
+  const fltSemantics &Semantic =
+    isInt() ? That.getFpVal().getSemantics() : getFpVal().getSemantics();
+
+  if (isInt())
+    convertToFpType(Semantic);
+  APFloat &F0 = getFpVal();
+
+  if (That.isInt())
+    F0.multiply(createAPFloatFromInt(Semantic, That.IntVal),
+                APFloat::rmNearestTiesToEven);
+  else
+    F0.multiply(That.getFpVal(), APFloat::rmNearestTiesToEven);
+
+  return;
+}
+
+void FAddendCoef::negate() {
+  if (isInt())
+    IntVal = 0 - IntVal;
+  else
+    getFpVal().changeSign();
+}
+
+Value *FAddendCoef::getValue(Type *Ty) const {
+  return isInt() ?
+    ConstantFP::get(Ty, float(IntVal)) :
+    ConstantFP::get(Ty->getContext(), getFpVal());
+}
+
+// The definition of <Val>     Addends
+// =========================================
+//  A + B                     <1, A>, <1,B>
+//  A - B                     <1, A>, <1,B>
+//  0 - B                     <-1, B>
+//  C * A,                    <C, A>
+//  A + C                     <1, A> <C, NULL>
+//  0 +/- 0                   <0, NULL> (corner case)
+//
+// Legend: A and B are not constant, C is constant
 //
-static inline Value *dyn_castFoldableMul(Value *V, ConstantInt *&CST) {
-  if (!V->hasOneUse() || !V->getType()->isIntegerTy())
+unsigned FAddend::drillValueDownOneStep
+  (Value *Val, FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) {
+  Instruction *I = nullptr;
+  if (!Val || !(I = dyn_cast<Instruction>(Val)))
     return 0;
-  
-  Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (I == 0) return 0;
-  
-  if (I->getOpcode() == Instruction::Mul)
-    if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))))
-      return I->getOperand(0);
-  if (I->getOpcode() == Instruction::Shl)
-    if ((CST = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))) {
-      // The multiplier is really 1 << CST.
-      uint32_t BitWidth = cast<IntegerType>(V->getType())->getBitWidth();
-      uint32_t CSTVal = CST->getLimitedValue(BitWidth);
-      CST = ConstantInt::get(V->getType()->getContext(),
-                             APInt(BitWidth, 1).shl(CSTVal));
-      return I->getOperand(0);
+
+  unsigned Opcode = I->getOpcode();
+
+  if (Opcode == Instruction::FAdd || Opcode == Instruction::FSub) {
+    ConstantFP *C0, *C1;
+    Value *Opnd0 = I->getOperand(0);
+    Value *Opnd1 = I->getOperand(1);
+    if ((C0 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd0)) && C0->isZero())
+      Opnd0 = nullptr;
+
+    if ((C1 = dyn_cast<ConstantFP>(Opnd1)) && C1->isZero())
+      Opnd1 = nullptr;
+
+    if (Opnd0) {
+      if (!C0)
+        Addend0.set(1, Opnd0);
+      else
+        Addend0.set(C0, nullptr);
+    }
+
+    if (Opnd1) {
+      FAddend &Addend = Opnd0 ? Addend1 : Addend0;
+      if (!C1)
+        Addend.set(1, Opnd1);
+      else
+        Addend.set(C1, nullptr);
+      if (Opcode == Instruction::FSub)
+        Addend.negate();
+    }
+
+    if (Opnd0 || Opnd1)
+      return Opnd0 && Opnd1 ? 2 : 1;
+
+    // Both operands are zero. Weird!
+    Addend0.set(APFloat(C0->getValueAPF().getSemantics()), nullptr);
+    return 1;
+  }
+
+  if (I->getOpcode() == Instruction::FMul) {
+    Value *V0 = I->getOperand(0);
+    Value *V1 = I->getOperand(1);
+    if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V0)) {
+      Addend0.set(C, V1);
+      return 1;
+    }
+
+    if (ConstantFP *C = dyn_cast<ConstantFP>(V1)) {
+      Addend0.set(C, V0);
+      return 1;
     }
+  }
+
   return 0;
 }
 
+// Try to break *this* addend into two addends. e.g. Suppose this addend is
+// <2.3, V>, and V = X + Y, by calling this function, we obtain two addends,
+// i.e. <2.3, X> and <2.3, Y>.
+//
+unsigned FAddend::drillAddendDownOneStep
+  (FAddend &Addend0, FAddend &Addend1) const {
+  if (isConstant())
+    return 0;
+
+  unsigned BreakNum = FAddend::drillValueDownOneStep(Val, Addend0, Addend1);
+  if (!BreakNum || Coeff.isOne())
+    return BreakNum;
+
+  Addend0.Scale(Coeff);
+
+  if (BreakNum == 2)
+    Addend1.Scale(Coeff);
+
+  return BreakNum;
+}
+
+// Try to perform following optimization on the input instruction I. Return the
+// simplified expression if was successful; otherwise, return 0.
+//
+//   Instruction "I" is                Simplified into
+// -------------------------------------------------------
+//   (x * y) +/- (x * z)               x * (y +/- z)
+//   (y / x) +/- (z / x)               (y +/- z) / x
+//
+Value *FAddCombine::performFactorization(Instruction *I) {
+  assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
+          I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
+
+  Instruction *I0 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
+  Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(1));
+
+  if (!I0 || !I1 || I0->getOpcode() != I1->getOpcode())
+    return nullptr;
+
+  bool isMpy = false;
+  if (I0->getOpcode() == Instruction::FMul)
+    isMpy = true;
+  else if (I0->getOpcode() != Instruction::FDiv)
+    return nullptr;
+
+  Value *Opnd0_0 = I0->getOperand(0);
+  Value *Opnd0_1 = I0->getOperand(1);
+  Value *Opnd1_0 = I1->getOperand(0);
+  Value *Opnd1_1 = I1->getOperand(1);
+
+  //  Input Instr I       Factor   AddSub0  AddSub1
+  //  ----------------------------------------------
+  // (x*y) +/- (x*z)        x        y         z
+  // (y/x) +/- (z/x)        x        y         z
+  //
+  Value *Factor = nullptr;
+  Value *AddSub0 = nullptr, *AddSub1 = nullptr;
+
+  if (isMpy) {
+    if (Opnd0_0 == Opnd1_0 || Opnd0_0 == Opnd1_1)
+      Factor = Opnd0_0;
+    else if (Opnd0_1 == Opnd1_0 || Opnd0_1 == Opnd1_1)
+      Factor = Opnd0_1;
+
+    if (Factor) {
+      AddSub0 = (Factor == Opnd0_0) ? Opnd0_1 : Opnd0_0;
+      AddSub1 = (Factor == Opnd1_0) ? Opnd1_1 : Opnd1_0;
+    }
+  } else if (Opnd0_1 == Opnd1_1) {
+    Factor = Opnd0_1;
+    AddSub0 = Opnd0_0;
+    AddSub1 = Opnd1_0;
+  }
+
+  if (!Factor)
+    return nullptr;
+
+  FastMathFlags Flags;
+  Flags.setUnsafeAlgebra();
+  if (I0) Flags &= I->getFastMathFlags();
+  if (I1) Flags &= I->getFastMathFlags();
+
+  // Create expression "NewAddSub = AddSub0 +/- AddsSub1"
+  Value *NewAddSub = (I->getOpcode() == Instruction::FAdd) ?
+                      createFAdd(AddSub0, AddSub1) :
+                      createFSub(AddSub0, AddSub1);
+  if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(NewAddSub)) {
+    const APFloat &F = CFP->getValueAPF();
+    if (!F.isNormal())
+      return nullptr;
+  } else if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(NewAddSub))
+    II->setFastMathFlags(Flags);
+
+  if (isMpy) {
+    Value *RI = createFMul(Factor, NewAddSub);
+    if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
+      II->setFastMathFlags(Flags);
+    return RI;
+  }
+
+  Value *RI = createFDiv(NewAddSub, Factor);
+  if (Instruction *II = dyn_cast<Instruction>(RI))
+    II->setFastMathFlags(Flags);
+  return RI;
+}
+
+Value *FAddCombine::simplify(Instruction *I) {
+  assert(I->hasUnsafeAlgebra() && "Should be in unsafe mode");
+
+  // Currently we are not able to handle vector type.
+  if (I->getType()->isVectorTy())
+    return nullptr;
+
+  assert((I->getOpcode() == Instruction::FAdd ||
+          I->getOpcode() == Instruction::FSub) && "Expect add/sub");
+
+  // Save the instruction before calling other member-functions.
+  Instr = I;
+
+  FAddend Opnd0, Opnd1, Opnd0_0, Opnd0_1, Opnd1_0, Opnd1_1;
+
+  unsigned OpndNum = FAddend::drillValueDownOneStep(I, Opnd0, Opnd1);
+
+  // Step 1: Expand the 1st addend into Opnd0_0 and Opnd0_1.
+  unsigned Opnd0_ExpNum = 0;
+  unsigned Opnd1_ExpNum = 0;
+
+  if (!Opnd0.isConstant())
+    Opnd0_ExpNum = Opnd0.drillAddendDownOneStep(Opnd0_0, Opnd0_1);
+
+  // Step 2: Expand the 2nd addend into Opnd1_0 and Opnd1_1.
+  if (OpndNum == 2 && !Opnd1.isConstant())
+    Opnd1_ExpNum = Opnd1.drillAddendDownOneStep(Opnd1_0, Opnd1_1);
+
+  // Step 3: Try to optimize Opnd0_0 + Opnd0_1 + Opnd1_0 + Opnd1_1
+  if (Opnd0_ExpNum && Opnd1_ExpNum) {
+    AddendVect AllOpnds;
+    AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
+    AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
+    if (Opnd0_ExpNum == 2)
+      AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
+    if (Opnd1_ExpNum == 2)
+      AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
+
+    // Compute instruction quota. We should save at least one instruction.
+    unsigned InstQuota = 0;
+
+    Value *V0 = I->getOperand(0);
+    Value *V1 = I->getOperand(1);
+    InstQuota = ((!isa<Constant>(V0) && V0->hasOneUse()) &&
+                 (!isa<Constant>(V1) && V1->hasOneUse())) ? 2 : 1;
+
+    if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, InstQuota))
+      return R;
+  }
+
+  if (OpndNum != 2) {
+    // The input instruction is : "I=0.0 +/- V". If the "V" were able to be
+    // splitted into two addends, say "V = X - Y", the instruction would have
+    // been optimized into "I = Y - X" in the previous steps.
+    //
+    const FAddendCoef &CE = Opnd0.getCoef();
+    return CE.isOne() ? Opnd0.getSymVal() : nullptr;
+  }
+
+  // step 4: Try to optimize Opnd0 + Opnd1_0 [+ Opnd1_1]
+  if (Opnd1_ExpNum) {
+    AddendVect AllOpnds;
+    AllOpnds.push_back(&Opnd0);
+    AllOpnds.push_back(&Opnd1_0);
+    if (Opnd1_ExpNum == 2)
+      AllOpnds.push_back(&Opnd1_1);
+
+    if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
+      return R;
+  }
+
+  // step 5: Try to optimize Opnd1 + Opnd0_0 [+ Opnd0_1]
+  if (Opnd0_ExpNum) {
+    AddendVect AllOpnds;
+    AllOpnds.push_back(&Opnd1);
+    AllOpnds.push_back(&Opnd0_0);
+    if (Opnd0_ExpNum == 2)
+      AllOpnds.push_back(&Opnd0_1);
+
+    if (Value *R = simplifyFAdd(AllOpnds, 1))
+      return R;
+  }
+
+  // step 6: Try factorization as the last resort,
+  return performFactorization(I);
+}
+
+Value *FAddCombine::simplifyFAdd(AddendVect& Addends, unsigned InstrQuota) {
+
+  unsigned AddendNum = Addends.size();
+  assert(AddendNum <= 4 && "Too many addends");
+
+  // For saving intermediate results;
+  unsigned NextTmpIdx = 0;
+  FAddend TmpResult[3];
+
+  // Points to the constant addend of the resulting simplified expression.
+  // If the resulting expr has constant-addend, this constant-addend is
+  // desirable to reside at the top of the resulting expression tree. Placing
+  // constant close to supper-expr(s) will potentially reveal some optimization
+  // opportunities in super-expr(s).
+  //
+  const FAddend *ConstAdd = nullptr;
+
+  // Simplified addends are placed <SimpVect>.
+  AddendVect SimpVect;
+
+  // The outer loop works on one symbolic-value at a time. Suppose the input
+  // addends are : <a1, x>, <b1, y>, <a2, x>, <c1, z>, <b2, y>, ...
+  // The symbolic-values will be processed in this order: x, y, z.
+  //
+  for (unsigned SymIdx = 0; SymIdx < AddendNum; SymIdx++) {
+
+    const FAddend *ThisAddend = Addends[SymIdx];
+    if (!ThisAddend) {
+      // This addend was processed before.
+      continue;
+    }
+
+    Value *Val = ThisAddend->getSymVal();
+    unsigned StartIdx = SimpVect.size();
+    SimpVect.push_back(ThisAddend);
+
+    // The inner loop collects addends sharing same symbolic-value, and these
+    // addends will be later on folded into a single addend. Following above
+    // example, if the symbolic value "y" is being processed, the inner loop
+    // will collect two addends "<b1,y>" and "<b2,Y>". These two addends will
+    // be later on folded into "<b1+b2, y>".
+    //
+    for (unsigned SameSymIdx = SymIdx + 1;
+         SameSymIdx < AddendNum; SameSymIdx++) {
+      const FAddend *T = Addends[SameSymIdx];
+      if (T && T->getSymVal() == Val) {
+        // Set null such that next iteration of the outer loop will not process
+        // this addend again.
+        Addends[SameSymIdx] = nullptr;
+        SimpVect.push_back(T);
+      }
+    }
+
+    // If multiple addends share same symbolic value, fold them together.
+    if (StartIdx + 1 != SimpVect.size()) {
+      FAddend &R = TmpResult[NextTmpIdx ++];
+      R = *SimpVect[StartIdx];
+      for (unsigned Idx = StartIdx + 1; Idx < SimpVect.size(); Idx++)
+        R += *SimpVect[Idx];
+
+      // Pop all addends being folded and push the resulting folded addend.
+      SimpVect.resize(StartIdx);
+      if (Val) {
+        if (!R.isZero()) {
+          SimpVect.push_back(&R);
+        }
+      } else {
+        // Don't push constant addend at this time. It will be the last element
+        // of <SimpVect>.
+        ConstAdd = &R;
+      }
+    }
+  }
+
+  assert((NextTmpIdx <= array_lengthof(TmpResult) + 1) &&
+         "out-of-bound access");
+
+  if (ConstAdd)
+    SimpVect.push_back(ConstAdd);
+
+  Value *Result;
+  if (!SimpVect.empty())
+    Result = createNaryFAdd(SimpVect, InstrQuota);
+  else {
+    // The addition is folded to 0.0.
+    Result = ConstantFP::get(Instr->getType(), 0.0);
+  }
+
+  return Result;
+}
+
+Value *FAddCombine::createNaryFAdd
+  (const AddendVect &Opnds, unsigned InstrQuota) {
+  assert(!Opnds.empty() && "Expect at least one addend");
+
+  // Step 1: Check if the # of instructions needed exceeds the quota.
+  //
+  unsigned InstrNeeded = calcInstrNumber(Opnds);
+  if (InstrNeeded > InstrQuota)
+    return nullptr;
+
+  initCreateInstNum();
+
+  // step 2: Emit the N-ary addition.
+  // Note that at most three instructions are involved in Fadd-InstCombine: the
+  // addition in question, and at most two neighboring instructions.
+  // The resulting optimized addition should have at least one less instruction
+  // than the original addition expression tree. This implies that the resulting
+  // N-ary addition has at most two instructions, and we don't need to worry
+  // about tree-height when constructing the N-ary addition.
+
+  Value *LastVal = nullptr;
+  bool LastValNeedNeg = false;
+
+  // Iterate the addends, creating fadd/fsub using adjacent two addends.
+  for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
+       I != E; I++) {
+    bool NeedNeg;
+    Value *V = createAddendVal(**I, NeedNeg);
+    if (!LastVal) {
+      LastVal = V;
+      LastValNeedNeg = NeedNeg;
+      continue;
+    }
+
+    if (LastValNeedNeg == NeedNeg) {
+      LastVal = createFAdd(LastVal, V);
+      continue;
+    }
+
+    if (LastValNeedNeg)
+      LastVal = createFSub(V, LastVal);
+    else
+      LastVal = createFSub(LastVal, V);
+
+    LastValNeedNeg = false;
+  }
+
+  if (LastValNeedNeg) {
+    LastVal = createFNeg(LastVal);
+  }
+
+  #ifndef NDEBUG
+    assert(CreateInstrNum == InstrNeeded &&
+           "Inconsistent in instruction numbers");
+  #endif
+
+  return LastVal;
+}
+
+Value *FAddCombine::createFSub(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
+  Value *V = Builder->CreateFSub(Opnd0, Opnd1);
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    createInstPostProc(I);
+  return V;
+}
+
+Value *FAddCombine::createFNeg(Value *V) {
+  Value *Zero = cast<Value>(ConstantFP::getZeroValueForNegation(V->getType()));
+  Value *NewV = createFSub(Zero, V);
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(NewV))
+    createInstPostProc(I, true); // fneg's don't receive instruction numbers.
+  return NewV;
+}
+
+Value *FAddCombine::createFAdd(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
+  Value *V = Builder->CreateFAdd(Opnd0, Opnd1);
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    createInstPostProc(I);
+  return V;
+}
+
+Value *FAddCombine::createFMul(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
+  Value *V = Builder->CreateFMul(Opnd0, Opnd1);
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    createInstPostProc(I);
+  return V;
+}
+
+Value *FAddCombine::createFDiv(Value *Opnd0, Value *Opnd1) {
+  Value *V = Builder->CreateFDiv(Opnd0, Opnd1);
+  if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+    createInstPostProc(I);
+  return V;
+}
+
+void FAddCombine::createInstPostProc(Instruction *NewInstr, bool NoNumber) {
+  NewInstr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
+
+  // Keep track of the number of instruction created.
+  if (!NoNumber)
+    incCreateInstNum();
+
+  // Propagate fast-math flags
+  NewInstr->setFastMathFlags(Instr->getFastMathFlags());
+}
+
+// Return the number of instruction needed to emit the N-ary addition.
+// NOTE: Keep this function in sync with createAddendVal().
+unsigned FAddCombine::calcInstrNumber(const AddendVect &Opnds) {
+  unsigned OpndNum = Opnds.size();
+  unsigned InstrNeeded = OpndNum - 1;
+
+  // The number of addends in the form of "(-1)*x".
+  unsigned NegOpndNum = 0;
+
+  // Adjust the number of instructions needed to emit the N-ary add.
+  for (AddendVect::const_iterator I = Opnds.begin(), E = Opnds.end();
+       I != E; I++) {
+    const FAddend *Opnd = *I;
+    if (Opnd->isConstant())
+      continue;
+
+    const FAddendCoef &CE = Opnd->getCoef();
+    if (CE.isMinusOne() || CE.isMinusTwo())
+      NegOpndNum++;
+
+    // Let the addend be "c * x". If "c == +/-1", the value of the addend
+    // is immediately available; otherwise, it needs exactly one instruction
+    // to evaluate the value.
+    if (!CE.isMinusOne() && !CE.isOne())
+      InstrNeeded++;
+  }
+  if (NegOpndNum == OpndNum)
+    InstrNeeded++;
+  return InstrNeeded;
+}
+
+// Input Addend        Value           NeedNeg(output)
+// ================================================================
+// Constant C          C               false
+// <+/-1, V>           V               coefficient is -1
+// <2/-2, V>          "fadd V, V"      coefficient is -2
+// <C, V>             "fmul V, C"      false
+//
+// NOTE: Keep this function in sync with FAddCombine::calcInstrNumber.
+Value *FAddCombine::createAddendVal(const FAddend &Opnd, bool &NeedNeg) {
+  const FAddendCoef &Coeff = Opnd.getCoef();
+
+  if (Opnd.isConstant()) {
+    NeedNeg = false;
+    return Coeff.getValue(Instr->getType());
+  }
+
+  Value *OpndVal = Opnd.getSymVal();
+
+  if (Coeff.isMinusOne() || Coeff.isOne()) {
+    NeedNeg = Coeff.isMinusOne();
+    return OpndVal;
+  }
+
+  if (Coeff.isTwo() || Coeff.isMinusTwo()) {
+    NeedNeg = Coeff.isMinusTwo();
+    return createFAdd(OpndVal, OpndVal);
+  }
+
+  NeedNeg = false;
+  return createFMul(OpndVal, Coeff.getValue(Instr->getType()));
+}
+
+// If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other
+// operand has a known-zero bit in a more significant place than it (not
+// including the sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but
+// won't change the sign. For example, (X & ~4) + 1.
+static bool checkRippleForAdd(const APInt &Op0KnownZero,
+                              const APInt &Op1KnownZero) {
+  APInt Op1MaybeOne = ~Op1KnownZero;
+  // Make sure that one of the operand has at most one bit set to 1.
+  if (Op1MaybeOne.countPopulation() != 1)
+    return false;
+
+  // Find the most significant known 0 other than the sign bit.
+  int BitWidth = Op0KnownZero.getBitWidth();
+  APInt Op0KnownZeroTemp(Op0KnownZero);
+  Op0KnownZeroTemp.clearBit(BitWidth - 1);
+  int Op0ZeroPosition = BitWidth - Op0KnownZeroTemp.countLeadingZeros() - 1;
+
+  int Op1OnePosition = BitWidth - Op1MaybeOne.countLeadingZeros() - 1;
+  assert(Op1OnePosition >= 0);
+
+  // This also covers the case of no known zero, since in that case
+  // Op0ZeroPosition is -1.
+  return Op0ZeroPosition >= Op1OnePosition;
+}
 
 /// WillNotOverflowSignedAdd - Return true if we can prove that:
 ///    (sext (add LHS, RHS))  === (add (sext LHS), (sext RHS))
 /// This basically requires proving that the add in the original type would not
 /// overflow to change the sign bit or have a carry out.
-bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS) {
+bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedAdd(Value *LHS, Value *RHS,
+                                            Instruction &CxtI) {
   // There are different heuristics we can use for this.  Here are some simple
   // ones.
-  
-  // Add has the property that adding any two 2's complement numbers can only 
-  // have one carry bit which can change a sign.  As such, if LHS and RHS each
-  // have at least two sign bits, we know that the addition of the two values
-  // will sign extend fine.
-  if (ComputeNumSignBits(LHS) > 1 && ComputeNumSignBits(RHS) > 1)
+
+  // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the addition will look
+  // like
+  //
+  // XX..... +
+  // YY.....
+  //
+  // If the carry into the most significant position is 0, X and Y can't both
+  // be 1 and therefore the carry out of the addition is also 0.
+  //
+  // If the carry into the most significant position is 1, X and Y can't both
+  // be 0 and therefore the carry out of the addition is also 1.
+  //
+  // Since the carry into the most significant position is always equal to
+  // the carry out of the addition, there is no signed overflow.
+  if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, &CxtI) > 1 &&
+      ComputeNumSignBits(RHS, 0, &CxtI) > 1)
+    return true;
+
+  unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
+  APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
+  APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
+  computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &CxtI);
+
+  APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
+  APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
+  computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &CxtI);
+
+  // Addition of two 2's compliment numbers having opposite signs will never
+  // overflow.
+  if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]) ||
+      (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]))
+    return true;
+
+  // Check if carry bit of addition will not cause overflow.
+  if (checkRippleForAdd(LHSKnownZero, RHSKnownZero))
+    return true;
+  if (checkRippleForAdd(RHSKnownZero, LHSKnownZero))
+    return true;
+
+  return false;
+}
+
+/// \brief Return true if we can prove that:
+///    (sub LHS, RHS)  === (sub nsw LHS, RHS)
+/// This basically requires proving that the add in the original type would not
+/// overflow to change the sign bit or have a carry out.
+/// TODO: Handle this for Vectors.
+bool InstCombiner::WillNotOverflowSignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
+                                            Instruction &CxtI) {
+  // If LHS and RHS each have at least two sign bits, the subtraction
+  // cannot overflow.
+  if (ComputeNumSignBits(LHS, 0, &CxtI) > 1 &&
+      ComputeNumSignBits(RHS, 0, &CxtI) > 1)
+    return true;
+
+  unsigned BitWidth = LHS->getType()->getScalarSizeInBits();
+  APInt LHSKnownZero(BitWidth, 0);
+  APInt LHSKnownOne(BitWidth, 0);
+  computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &CxtI);
+
+  APInt RHSKnownZero(BitWidth, 0);
+  APInt RHSKnownOne(BitWidth, 0);
+  computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &CxtI);
+
+  // Subtraction of two 2's compliment numbers having identical signs will
+  // never overflow.
+  if ((LHSKnownOne[BitWidth - 1] && RHSKnownOne[BitWidth - 1]) ||
+      (LHSKnownZero[BitWidth - 1] && RHSKnownZero[BitWidth - 1]))
+    return true;
+
+  // TODO: implement logic similar to checkRippleForAdd
+  return false;
+}
+
+/// \brief Return true if we can prove that:
+///    (sub LHS, RHS)  === (sub nuw LHS, RHS)
+bool InstCombiner::WillNotOverflowUnsignedSub(Value *LHS, Value *RHS,
+                                              Instruction &CxtI) {
+  // If the LHS is negative and the RHS is non-negative, no unsigned wrap.
+  bool LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative;
+  bool RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative;
+  ComputeSignBit(LHS, LHSKnownNonNegative, LHSKnownNegative, /*Depth=*/0,
+                 &CxtI);
+  ComputeSignBit(RHS, RHSKnownNonNegative, RHSKnownNegative, /*Depth=*/0,
+                 &CxtI);
+  if (LHSKnownNegative && RHSKnownNonNegative)
     return true;
-  
-  
-  // If one of the operands only has one non-zero bit, and if the other operand
-  // has a known-zero bit in a more significant place than it (not including the
-  // sign bit) the ripple may go up to and fill the zero, but won't change the
-  // sign.  For example, (X & ~4) + 1.
-  
-  // TODO: Implement.
-  
+
   return false;
 }
 
+// Checks if any operand is negative and we can convert add to sub.
+// This function checks for following negative patterns
+//   ADD(XOR(OR(Z, NOT(C)), C)), 1) == NEG(AND(Z, C))
+//   ADD(XOR(AND(Z, C), C), 1) == NEG(OR(Z, ~C))
+//   XOR(AND(Z, C), (C + 1)) == NEG(OR(Z, ~C)) if C is even
+static Value *checkForNegativeOperand(BinaryOperator &I,
+                                      InstCombiner::BuilderTy *Builder) {
+  Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
+
+  // This function creates 2 instructions to replace ADD, we need at least one
+  // of LHS or RHS to have one use to ensure benefit in transform.
+  if (!LHS->hasOneUse() && !RHS->hasOneUse())
+    return nullptr;
+
+  Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
+  const APInt *C1 = nullptr, *C2 = nullptr;
+
+  // if ONE is on other side, swap
+  if (match(RHS, m_Add(m_Value(X), m_One())))
+    std::swap(LHS, RHS);
+
+  if (match(LHS, m_Add(m_Value(X), m_One()))) {
+    // if XOR on other side, swap
+    if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
+      std::swap(X, RHS);
+
+    if (match(X, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1)))) {
+      // X = XOR(Y, C1), Y = OR(Z, C2), C2 = NOT(C1) ==> X == NOT(AND(Z, C1))
+      // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, AND(Z, C1))
+      if (match(Y, m_Or(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C2 == ~(*C1))) {
+        Value *NewAnd = Builder->CreateAnd(Z, *C1);
+        return Builder->CreateSub(RHS, NewAnd, "sub");
+      } else if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && (*C1 == *C2)) {
+        // X = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C2 == C1 ==> X == NOT(OR(Z, ~C1))
+        // ADD(ADD(X, 1), RHS) == ADD(X, ADD(RHS, 1)) == SUB(RHS, OR(Z, ~C1))
+        Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C1));
+        return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
+      }
+    }
+  }
+
+  // Restore LHS and RHS
+  LHS = I.getOperand(0);
+  RHS = I.getOperand(1);
+
+  // if XOR is on other side, swap
+  if (match(RHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
+    std::swap(LHS, RHS);
+
+  // C2 is ODD
+  // LHS = XOR(Y, C1), Y = AND(Z, C2), C1 == (C2 + 1) => LHS == NEG(OR(Z, ~C2))
+  // ADD(LHS, RHS) == SUB(RHS, OR(Z, ~C2))
+  if (match(LHS, m_Xor(m_Value(Y), m_APInt(C1))))
+    if (C1->countTrailingZeros() == 0)
+      if (match(Y, m_And(m_Value(Z), m_APInt(C2))) && *C1 == (*C2 + 1)) {
+        Value *NewOr = Builder->CreateOr(Z, ~(*C2));
+        return Builder->CreateSub(RHS, NewOr, "sub");
+      }
+  return nullptr;
+}
+
 Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 
+  if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+
   if (Value *V = SimplifyAddInst(LHS, RHS, I.hasNoSignedWrap(),
-                                 I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
+                                 I.hasNoUnsignedWrap(), DL, TLI, DT, AC))
     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
-  // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
+   // (A*B)+(A*C) -> A*(B+C) etc
   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
@@ -100,7 +1067,7 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
     const APInt &Val = CI->getValue();
     if (Val.isSignBit())
       return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
-    
+
     // See if SimplifyDemandedBits can simplify this.  This handles stuff like
     // (X & 254)+1 -> (X&254)|1
     if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
@@ -110,8 +1077,8 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
     if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(LHS))
       if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
         return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), AddOne(CI), CI);
-    
-    Value *XorLHS = 0; ConstantInt *XorRHS = 0;
+
+    Value *XorLHS = nullptr; ConstantInt *XorRHS = nullptr;
     if (match(LHS, m_Xor(m_Value(XorLHS), m_ConstantInt(XorRHS)))) {
       uint32_t TySizeBits = I.getType()->getScalarSizeInBits();
       const APInt &RHSVal = CI->getValue();
@@ -124,18 +1091,35 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
         else if (XorRHS->getValue().isPowerOf2())
           ExtendAmt = TySizeBits - XorRHS->getValue().logBase2() - 1;
       }
-      
+
       if (ExtendAmt) {
         APInt Mask = APInt::getHighBitsSet(TySizeBits, ExtendAmt);
-        if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask))
+        if (!MaskedValueIsZero(XorLHS, Mask, 0, &I))
           ExtendAmt = 0;
       }
-      
+
       if (ExtendAmt) {
         Constant *ShAmt = ConstantInt::get(I.getType(), ExtendAmt);
         Value *NewShl = Builder->CreateShl(XorLHS, ShAmt, "sext");
         return BinaryOperator::CreateAShr(NewShl, ShAmt);
       }
+
+      // If this is a xor that was canonicalized from a sub, turn it back into
+      // a sub and fuse this add with it.
+      if (LHS->hasOneUse() && (XorRHS->getValue()+1).isPowerOf2()) {
+        IntegerType *IT = cast<IntegerType>(I.getType());
+        APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
+        APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
+        computeKnownBits(XorLHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &I);
+        if ((XorRHS->getValue() | LHSKnownZero).isAllOnesValue())
+          return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getAdd(XorRHS, CI),
+                                           XorLHS);
+      }
+      // (X + signbit) + C could have gotten canonicalized to (X ^ signbit) + C,
+      // transform them into (X + (signbit ^ C))
+      if (XorRHS->getValue().isSignBit())
+          return BinaryOperator::CreateAdd(XorLHS,
+                                           ConstantExpr::getXor(XorRHS, CI));
     }
   }
 
@@ -143,7 +1127,7 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
     if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
       return NV;
 
-  if (I.getType()->isIntegerTy(1))
+  if (I.getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
     return BinaryOperator::CreateXor(LHS, RHS);
 
   // X + X --> X << 1
@@ -158,11 +1142,12 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
   // -A + B  -->  B - A
   // -A + -B  -->  -(A + B)
   if (Value *LHSV = dyn_castNegVal(LHS)) {
-    if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
-      Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
-      return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
-    }
-    
+    if (!isa<Constant>(RHS))
+      if (Value *RHSV = dyn_castNegVal(RHS)) {
+        Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(LHSV, RHSV, "sum");
+        return BinaryOperator::CreateNeg(NewAdd);
+      }
+
     return BinaryOperator::CreateSub(RHS, LHSV);
   }
 
@@ -171,75 +1156,42 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
     if (Value *V = dyn_castNegVal(RHS))
       return BinaryOperator::CreateSub(LHS, V);
 
-
-  ConstantInt *C2;
-  if (Value *X = dyn_castFoldableMul(LHS, C2)) {
-    if (X == RHS)   // X*C + X --> X * (C+1)
-      return BinaryOperator::CreateMul(RHS, AddOne(C2));
-
-    // X*C1 + X*C2 --> X * (C1+C2)
-    ConstantInt *C1;
-    if (X == dyn_castFoldableMul(RHS, C1))
-      return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getAdd(C1, C2));
-  }
-
-  // X + X*C --> X * (C+1)
-  if (dyn_castFoldableMul(RHS, C2) == LHS)
-    return BinaryOperator::CreateMul(LHS, AddOne(C2));
+  if (Value *V = checkForNegativeOperand(I, Builder))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
   // A+B --> A|B iff A and B have no bits set in common.
   if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(I.getType())) {
-    APInt Mask = APInt::getAllOnesValue(IT->getBitWidth());
     APInt LHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
     APInt LHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
-    ComputeMaskedBits(LHS, Mask, LHSKnownZero, LHSKnownOne);
+    computeKnownBits(LHS, LHSKnownZero, LHSKnownOne, 0, &I);
     if (LHSKnownZero != 0) {
       APInt RHSKnownOne(IT->getBitWidth(), 0);
       APInt RHSKnownZero(IT->getBitWidth(), 0);
-      ComputeMaskedBits(RHS, Mask, RHSKnownZero, RHSKnownOne);
-      
+      computeKnownBits(RHS, RHSKnownZero, RHSKnownOne, 0, &I);
+
       // No bits in common -> bitwise or.
       if ((LHSKnownZero|RHSKnownZero).isAllOnesValue())
         return BinaryOperator::CreateOr(LHS, RHS);
     }
   }
 
-  // W*X + Y*Z --> W * (X+Z)  iff W == Y
-  {
-    Value *W, *X, *Y, *Z;
-    if (match(LHS, m_Mul(m_Value(W), m_Value(X))) &&
-        match(RHS, m_Mul(m_Value(Y), m_Value(Z)))) {
-      if (W != Y) {
-        if (W == Z) {
-          std::swap(Y, Z);
-        } else if (Y == X) {
-          std::swap(W, X);
-        } else if (X == Z) {
-          std::swap(Y, Z);
-          std::swap(W, X);
-        }
-      }
-
-      if (W == Y) {
-        Value *NewAdd = Builder->CreateAdd(X, Z, LHS->getName());
-        return BinaryOperator::CreateMul(W, NewAdd);
-      }
-    }
+  if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
+    Value *X;
+    if (match(LHS, m_Not(m_Value(X)))) // ~X + C --> (C-1) - X
+      return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
   }
 
   if (ConstantInt *CRHS = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
-    Value *X = 0;
-    if (match(LHS, m_Not(m_Value(X))))    // ~X + C --> (C-1) - X
-      return BinaryOperator::CreateSub(SubOne(CRHS), X);
-
     // (X & FF00) + xx00  -> (X+xx00) & FF00
+    Value *X;
+    ConstantInt *C2;
     if (LHS->hasOneUse() &&
         match(LHS, m_And(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))) &&
         CRHS->getValue() == (CRHS->getValue() & C2->getValue())) {
       // See if all bits from the first bit set in the Add RHS up are included
       // in the mask.  First, get the rightmost bit.
       const APInt &AddRHSV = CRHS->getValue();
-      
+
       // Form a mask of all bits from the lowest bit added through the top.
       APInt AddRHSHighBits(~((AddRHSV & -AddRHSV)-1));
 
@@ -277,7 +1229,7 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
       if (match(FV, m_Zero()) && match(TV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
         // Fold the add into the true select value.
         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), N, A);
-      
+
       if (match(TV, m_Zero()) && match(FV, m_Sub(m_Value(N), m_Specific(A))))
         // Fold the add into the false select value.
         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), A, N);
@@ -289,69 +1241,125 @@ Instruction *InstCombiner::visitAdd(BinaryOperator &I) {
   if (SExtInst *LHSConv = dyn_cast<SExtInst>(LHS)) {
     // (add (sext x), cst) --> (sext (add x, cst'))
     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(RHS)) {
-      Constant *CI = 
+      Constant *CI =
         ConstantExpr::getTrunc(RHSC, LHSConv->getOperand(0)->getType());
       if (LHSConv->hasOneUse() &&
           ConstantExpr::getSExt(CI, I.getType()) == RHSC &&
-          WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
+          WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, I)) {
         // Insert the new, smaller add.
-        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0), 
+        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
                                               CI, "addconv");
         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
       }
     }
-    
+
     // (add (sext x), (sext y)) --> (sext (add int x, y))
     if (SExtInst *RHSConv = dyn_cast<SExtInst>(RHS)) {
       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
       // single use (so we don't increase the number of sexts), and if the
       // integer add will not overflow.
-      if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
+      if (LHSConv->getOperand(0)->getType() ==
+              RHSConv->getOperand(0)->getType() &&
           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
-                                   RHSConv->getOperand(0))) {
+                                   RHSConv->getOperand(0), I)) {
         // Insert the new integer add.
-        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0), 
+        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
                                              RHSConv->getOperand(0), "addconv");
         return new SExtInst(NewAdd, I.getType());
       }
     }
   }
 
-  return Changed ? &I : 0;
+  // (add (xor A, B) (and A, B)) --> (or A, B)
+  {
+    Value *A = nullptr, *B = nullptr;
+    if (match(RHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
+        (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
+         match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
+      return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
+
+    if (match(LHS, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
+        (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
+         match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
+      return BinaryOperator::CreateOr(A, B);
+  }
+
+  // (add (or A, B) (and A, B)) --> (add A, B)
+  {
+    Value *A = nullptr, *B = nullptr;
+    if (match(RHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
+        (match(LHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
+         match(LHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A))))) {
+      auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
+      New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
+      New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
+      return New;
+    }
+
+    if (match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))) &&
+        (match(RHS, m_And(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
+         match(RHS, m_And(m_Specific(B), m_Specific(A))))) {
+      auto *New = BinaryOperator::CreateAdd(A, B);
+      New->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
+      New->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
+      return New;
+    }
+  }
+
+  // TODO(jingyue): Consider WillNotOverflowSignedAdd and
+  // WillNotOverflowUnsignedAdd to reduce the number of invocations of
+  // computeKnownBits.
+  if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedAdd(LHS, RHS, I)) {
+    Changed = true;
+    I.setHasNoSignedWrap(true);
+  }
+  if (!I.hasNoUnsignedWrap() &&
+      computeOverflowForUnsignedAdd(LHS, RHS, &I) ==
+          OverflowResult::NeverOverflows) {
+    Changed = true;
+    I.setHasNoUnsignedWrap(true);
+  }
+
+  return Changed ? &I : nullptr;
 }
 
 Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
   bool Changed = SimplifyAssociativeOrCommutative(I);
   Value *LHS = I.getOperand(0), *RHS = I.getOperand(1);
 
-  if (Constant *RHSC = dyn_cast<Constant>(RHS)) {
-    // X + 0 --> X
-    if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHSC)) {
-      if (CFP->isExactlyValue(ConstantFP::getNegativeZero
-                              (I.getType())->getValueAPF()))
-        return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
-    }
+  if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+
+  if (Value *V =
+          SimplifyFAddInst(LHS, RHS, I.getFastMathFlags(), DL, TLI, DT, AC))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
+  if (isa<Constant>(RHS)) {
     if (isa<PHINode>(LHS))
       if (Instruction *NV = FoldOpIntoPhi(I))
         return NV;
+
+    if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(LHS))
+      if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
+        return NV;
   }
 
   // -A + B  -->  B - A
   // -A + -B  -->  -(A + B)
-  if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS))
-    return BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
+  if (Value *LHSV = dyn_castFNegVal(LHS)) {
+    Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(RHS, LHSV);
+    RI->copyFastMathFlags(&I);
+    return RI;
+  }
 
   // A + -B  -->  A - B
   if (!isa<Constant>(RHS))
-    if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS))
-      return BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
-
-  // Check for X+0.0.  Simplify it to X if we know X is not -0.0.
-  if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS))
-    if (CFP->getValueAPF().isPosZero() && CannotBeNegativeZero(LHS))
-      return ReplaceInstUsesWith(I, LHS);
+    if (Value *V = dyn_castFNegVal(RHS)) {
+      Instruction *RI = BinaryOperator::CreateFSub(LHS, V);
+      RI->copyFastMathFlags(&I);
+      return RI;
+    }
 
   // Check for (fadd double (sitofp x), y), see if we can merge this into an
   // integer add followed by a promotion.
@@ -362,97 +1370,68 @@ Instruction *InstCombiner::visitFAdd(BinaryOperator &I) {
     // requires a constant pool load, and generally allows the add to be better
     // instcombined.
     if (ConstantFP *CFP = dyn_cast<ConstantFP>(RHS)) {
-      Constant *CI = 
+      Constant *CI =
       ConstantExpr::getFPToSI(CFP, LHSConv->getOperand(0)->getType());
       if (LHSConv->hasOneUse() &&
           ConstantExpr::getSIToFP(CI, I.getType()) == CFP &&
-          WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI)) {
+          WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0), CI, I)) {
         // Insert the new integer add.
         Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
                                               CI, "addconv");
         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
       }
     }
-    
+
     // (fadd double (sitofp x), (sitofp y)) --> (sitofp (add int x, y))
     if (SIToFPInst *RHSConv = dyn_cast<SIToFPInst>(RHS)) {
       // Only do this if x/y have the same type, if at last one of them has a
       // single use (so we don't increase the number of int->fp conversions),
       // and if the integer add will not overflow.
-      if (LHSConv->getOperand(0)->getType()==RHSConv->getOperand(0)->getType()&&
+      if (LHSConv->getOperand(0)->getType() ==
+              RHSConv->getOperand(0)->getType() &&
           (LHSConv->hasOneUse() || RHSConv->hasOneUse()) &&
           WillNotOverflowSignedAdd(LHSConv->getOperand(0),
-                                   RHSConv->getOperand(0))) {
+                                   RHSConv->getOperand(0), I)) {
         // Insert the new integer add.
-        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0), 
+        Value *NewAdd = Builder->CreateNSWAdd(LHSConv->getOperand(0),
                                               RHSConv->getOperand(0),"addconv");
         return new SIToFPInst(NewAdd, I.getType());
       }
     }
   }
-  
-  return Changed ? &I : 0;
-}
-
-
-/// EmitGEPOffset - Given a getelementptr instruction/constantexpr, emit the
-/// code necessary to compute the offset from the base pointer (without adding
-/// in the base pointer).  Return the result as a signed integer of intptr size.
-Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
-  TargetData &TD = *getTargetData();
-  gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
-  Type *IntPtrTy = TD.getIntPtrType(GEP->getContext());
-  Value *Result = Constant::getNullValue(IntPtrTy);
-
-  // If the GEP is inbounds, we know that none of the addressing operations will
-  // overflow in an unsigned sense.
-  bool isInBounds = cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds();
-  
-  // Build a mask for high order bits.
-  unsigned IntPtrWidth = TD.getPointerSizeInBits();
-  uint64_t PtrSizeMask = ~0ULL >> (64-IntPtrWidth);
-
-  for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end(); i != e;
-       ++i, ++GTI) {
-    Value *Op = *i;
-    uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) & PtrSizeMask;
-    if (ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(Op)) {
-      if (OpC->isZero()) continue;
-      
-      // Handle a struct index, which adds its field offset to the pointer.
-      if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
-        Size = TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
-        
-        if (Size)
-          Result = Builder->CreateAdd(Result, ConstantInt::get(IntPtrTy, Size),
-                                      GEP->getName()+".offs");
-        continue;
+
+  // select C, 0, B + select C, A, 0 -> select C, A, B
+  {
+    Value *A1, *B1, *C1, *A2, *B2, *C2;
+    if (match(LHS, m_Select(m_Value(C1), m_Value(A1), m_Value(B1))) &&
+        match(RHS, m_Select(m_Value(C2), m_Value(A2), m_Value(B2)))) {
+      if (C1 == C2) {
+        Constant *Z1=nullptr, *Z2=nullptr;
+        Value *A, *B, *C=C1;
+        if (match(A1, m_AnyZero()) && match(B2, m_AnyZero())) {
+            Z1 = dyn_cast<Constant>(A1); A = A2;
+            Z2 = dyn_cast<Constant>(B2); B = B1;
+        } else if (match(B1, m_AnyZero()) && match(A2, m_AnyZero())) {
+            Z1 = dyn_cast<Constant>(B1); B = B2;
+            Z2 = dyn_cast<Constant>(A2); A = A1;
+        }
+
+        if (Z1 && Z2 &&
+            (I.hasNoSignedZeros() ||
+             (Z1->isNegativeZeroValue() && Z2->isNegativeZeroValue()))) {
+          return SelectInst::Create(C, A, B);
+        }
       }
-      
-      Constant *Scale = ConstantInt::get(IntPtrTy, Size);
-      Constant *OC =
-              ConstantExpr::getIntegerCast(OpC, IntPtrTy, true /*SExt*/);
-      Scale = ConstantExpr::getMul(OC, Scale, isInBounds/*NUW*/);
-      // Emit an add instruction.
-      Result = Builder->CreateAdd(Result, Scale, GEP->getName()+".offs");
-      continue;
-    }
-    // Convert to correct type.
-    if (Op->getType() != IntPtrTy)
-      Op = Builder->CreateIntCast(Op, IntPtrTy, true, Op->getName()+".c");
-    if (Size != 1) {
-      // We'll let instcombine(mul) convert this to a shl if possible.
-      Op = Builder->CreateMul(Op, ConstantInt::get(IntPtrTy, Size),
-                              GEP->getName()+".idx", isInBounds /*NUW*/);
     }
-
-    // Emit an add instruction.
-    Result = Builder->CreateAdd(Op, Result, GEP->getName()+".offs");
   }
-  return Result;
-}
 
+  if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
+    if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
+      return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+  }
 
+  return Changed ? &I : nullptr;
+}
 
 
 /// Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
@@ -461,62 +1440,60 @@ Value *InstCombiner::EmitGEPOffset(User *GEP) {
 ///
 Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
                                                Type *Ty) {
-  assert(TD && "Must have target data info for this");
-  
   // If LHS is a gep based on RHS or RHS is a gep based on LHS, we can optimize
   // this.
   bool Swapped = false;
-  GetElementPtrInst *GEP = 0;
-  ConstantExpr *CstGEP = 0;
-  
-  // TODO: Could also optimize &A[i] - &A[j] -> "i-j", and "&A.foo[i] - &A.foo".
+  GEPOperator *GEP1 = nullptr, *GEP2 = nullptr;
+
   // For now we require one side to be the base pointer "A" or a constant
-  // expression derived from it.
-  if (GetElementPtrInst *LHSGEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LHS)) {
+  // GEP derived from it.
+  if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
     // (gep X, ...) - X
     if (LHSGEP->getOperand(0) == RHS) {
-      GEP = LHSGEP;
+      GEP1 = LHSGEP;
       Swapped = false;
-    } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(RHS)) {
-      // (gep X, ...) - (ce_gep X, ...)
-      if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
-          LHSGEP->getOperand(0) == CE->getOperand(0)) {
-        CstGEP = CE;
-        GEP = LHSGEP;
+    } else if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
+      // (gep X, ...) - (gep X, ...)
+      if (LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
+            RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
+        GEP2 = RHSGEP;
+        GEP1 = LHSGEP;
         Swapped = false;
       }
     }
   }
-  
-  if (GetElementPtrInst *RHSGEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(RHS)) {
+
+  if (GEPOperator *RHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(RHS)) {
     // X - (gep X, ...)
     if (RHSGEP->getOperand(0) == LHS) {
-      GEP = RHSGEP;
+      GEP1 = RHSGEP;
       Swapped = true;
-    } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(LHS)) {
-      // (ce_gep X, ...) - (gep X, ...)
-      if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
-          RHSGEP->getOperand(0) == CE->getOperand(0)) {
-        CstGEP = CE;
-        GEP = RHSGEP;
+    } else if (GEPOperator *LHSGEP = dyn_cast<GEPOperator>(LHS)) {
+      // (gep X, ...) - (gep X, ...)
+      if (RHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts() ==
+            LHSGEP->getOperand(0)->stripPointerCasts()) {
+        GEP2 = LHSGEP;
+        GEP1 = RHSGEP;
         Swapped = true;
       }
     }
   }
-  
-  if (GEP == 0)
-    return 0;
-  
+
+  // Avoid duplicating the arithmetic if GEP2 has non-constant indices and
+  // multiple users.
+  if (!GEP1 ||
+      (GEP2 && !GEP2->hasAllConstantIndices() && !GEP2->hasOneUse()))
+    return nullptr;
+
   // Emit the offset of the GEP and an intptr_t.
-  Value *Result = EmitGEPOffset(GEP);
-  
+  Value *Result = EmitGEPOffset(GEP1);
+
   // If we had a constant expression GEP on the other side offsetting the
   // pointer, subtract it from the offset we have.
-  if (CstGEP) {
-    Value *CstOffset = EmitGEPOffset(CstGEP);
-    Result = Builder->CreateSub(Result, CstOffset);
+  if (GEP2) {
+    Value *Offset = EmitGEPOffset(GEP2);
+    Result = Builder->CreateSub(Result, Offset);
   }
-  
 
   // If we have p - gep(p, ...)  then we have to negate the result.
   if (Swapped)
@@ -525,23 +1502,34 @@ Value *InstCombiner::OptimizePointerDifference(Value *LHS, Value *RHS,
   return Builder->CreateIntCast(Result, Ty, true);
 }
 
-
 Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 
+  if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+
   if (Value *V = SimplifySubInst(Op0, Op1, I.hasNoSignedWrap(),
-                                 I.hasNoUnsignedWrap(), TD))
+                                 I.hasNoUnsignedWrap(), DL, TLI, DT, AC))
     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
   // (A*B)-(A*C) -> A*(B-C) etc
   if (Value *V = SimplifyUsingDistributiveLaws(I))
     return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
-  // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.  This preserves NSW/NUW.
+  // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A.
   if (Value *V = dyn_castNegVal(Op1)) {
     BinaryOperator *Res = BinaryOperator::CreateAdd(Op0, V);
-    Res->setHasNoSignedWrap(I.hasNoSignedWrap());
-    Res->setHasNoUnsignedWrap(I.hasNoUnsignedWrap());
+
+    if (const auto *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op1)) {
+      assert(BO->getOpcode() == Instruction::Sub &&
+             "Expected a subtraction operator!");
+      if (BO->hasNoSignedWrap() && I.hasNoSignedWrap())
+        Res->setHasNoSignedWrap(true);
+    } else {
+      if (cast<Constant>(Op1)->isNotMinSignedValue() && I.hasNoSignedWrap())
+        Res->setHasNoSignedWrap(true);
+    }
+
     return Res;
   }
 
@@ -551,60 +1539,90 @@ Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
   // Replace (-1 - A) with (~A).
   if (match(Op0, m_AllOnes()))
     return BinaryOperator::CreateNot(Op1);
-  
-  if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
+
+  if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(Op0)) {
     // C - ~X == X + (1+C)
-    Value *X = 0;
+    Value *X = nullptr;
     if (match(Op1, m_Not(m_Value(X))))
       return BinaryOperator::CreateAdd(X, AddOne(C));
 
+    // Try to fold constant sub into select arguments.
+    if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
+      if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
+        return R;
+
+    // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
+    Constant *C2;
+    if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_Constant(C2))))
+      return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
+
+    if (SimplifyDemandedInstructionBits(I))
+      return &I;
+
+    // Fold (sub 0, (zext bool to B)) --> (sext bool to B)
+    if (C->isNullValue() && match(Op1, m_ZExt(m_Value(X))))
+      if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
+        return CastInst::CreateSExtOrBitCast(X, Op1->getType());
+
+    // Fold (sub 0, (sext bool to B)) --> (zext bool to B)
+    if (C->isNullValue() && match(Op1, m_SExt(m_Value(X))))
+      if (X->getType()->getScalarType()->isIntegerTy(1))
+        return CastInst::CreateZExtOrBitCast(X, Op1->getType());
+  }
+
+  if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Op0)) {
     // -(X >>u 31) -> (X >>s 31)
     // -(X >>s 31) -> (X >>u 31)
     if (C->isZero()) {
-      Value *X; ConstantInt *CI;
+      Value *X;
+      ConstantInt *CI;
       if (match(Op1, m_LShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
-          CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
+          CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits() - 1)
         return BinaryOperator::CreateAShr(X, CI);
 
       if (match(Op1, m_AShr(m_Value(X), m_ConstantInt(CI))) &&
           // Verify we are shifting out everything but the sign bit.
-          CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits()-1)
+          CI->getValue() == I.getType()->getPrimitiveSizeInBits() - 1)
         return BinaryOperator::CreateLShr(X, CI);
     }
-
-    // Try to fold constant sub into select arguments.
-    if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
-      if (Instruction *R = FoldOpIntoSelect(I, SI))
-        return R;
-
-    // C - zext(bool) -> bool ? C - 1 : C
-    if (ZExtInst *ZI = dyn_cast<ZExtInst>(Op1))
-      if (ZI->getSrcTy()->isIntegerTy(1))
-        return SelectInst::Create(ZI->getOperand(0), SubOne(C), C);
-
-    // C-(X+C2) --> (C-C2)-X
-    ConstantInt *C2;
-    if (match(Op1, m_Add(m_Value(X), m_ConstantInt(C2))))
-      return BinaryOperator::CreateSub(ConstantExpr::getSub(C, C2), X);
   }
 
-  
-  { Value *Y;
+
+  {
+    Value *Y;
     // X-(X+Y) == -Y    X-(Y+X) == -Y
     if (match(Op1, m_Add(m_Specific(Op0), m_Value(Y))) ||
         match(Op1, m_Add(m_Value(Y), m_Specific(Op0))))
       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
-    
+
     // (X-Y)-X == -Y
     if (match(Op0, m_Sub(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
       return BinaryOperator::CreateNeg(Y);
   }
-  
+
+  // (sub (or A, B) (xor A, B)) --> (and A, B)
+  {
+    Value *A = nullptr, *B = nullptr;
+    if (match(Op1, m_Xor(m_Value(A), m_Value(B))) &&
+        (match(Op0, m_Or(m_Specific(A), m_Specific(B))) ||
+         match(Op0, m_Or(m_Specific(B), m_Specific(A)))))
+      return BinaryOperator::CreateAnd(A, B);
+  }
+
+  if (Op0->hasOneUse()) {
+    Value *Y = nullptr;
+    // ((X | Y) - X) --> (~X & Y)
+    if (match(Op0, m_Or(m_Value(Y), m_Specific(Op1))) ||
+        match(Op0, m_Or(m_Specific(Op1), m_Value(Y))))
+      return BinaryOperator::CreateAnd(
+          Y, Builder->CreateNot(Op1, Op1->getName() + ".not"));
+  }
+
   if (Op1->hasOneUse()) {
-    Value *X = 0, *Y = 0, *Z = 0;
-    Constant *C = 0;
-    ConstantInt *CI = 0;
+    Value *X = nullptr, *Y = nullptr, *Z = nullptr;
+    Constant *C = nullptr;
+    Constant *CI = nullptr;
 
     // (X - (Y - Z))  -->  (X + (Z - Y)).
     if (match(Op1, m_Sub(m_Value(Y), m_Value(Z))))
@@ -617,10 +1635,10 @@ Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
         match(Op1, m_And(m_Specific(Op0), m_Value(Y))))
       return BinaryOperator::CreateAnd(Op0,
                                   Builder->CreateNot(Y, Y->getName() + ".not"));
-    
-    // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)
-    if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) &&
-        match(Op0, m_Zero()))
+
+    // 0 - (X sdiv C)  -> (X sdiv -C)  provided the negation doesn't overflow.
+    if (match(Op1, m_SDiv(m_Value(X), m_Constant(C))) && match(Op0, m_Zero()) &&
+        C->isNotMinSignedValue() && !C->isOneValue())
       return BinaryOperator::CreateSDiv(X, ConstantExpr::getNeg(C));
 
     // 0 - (X << Y)  -> (-X << Y)   when X is freely negatable.
@@ -628,70 +1646,99 @@ Instruction *InstCombiner::visitSub(BinaryOperator &I) {
       if (Value *XNeg = dyn_castNegVal(X))
         return BinaryOperator::CreateShl(XNeg, Y);
 
-    // X - X*C --> X * (1-C)
-    if (match(Op1, m_Mul(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
-      Constant *CP1 = ConstantExpr::getSub(ConstantInt::get(I.getType(),1), CI);
-      return BinaryOperator::CreateMul(Op0, CP1);
-    }
-
-    // X - X<<C --> X * (1-(1<<C))
-    if (match(Op1, m_Shl(m_Specific(Op0), m_ConstantInt(CI)))) {
-      Constant *One = ConstantInt::get(I.getType(), 1);
-      C = ConstantExpr::getSub(One, ConstantExpr::getShl(One, CI));
-      return BinaryOperator::CreateMul(Op0, C);
-    }
-    
     // X - A*-B -> X + A*B
     // X - -A*B -> X + A*B
     Value *A, *B;
     if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Neg(m_Value(B)))) ||
         match(Op1, m_Mul(m_Neg(m_Value(A)), m_Value(B))))
       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, Builder->CreateMul(A, B));
-      
+
     // X - A*CI -> X + A*-CI
     // X - CI*A -> X + A*-CI
-    if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_ConstantInt(CI))) ||
-        match(Op1, m_Mul(m_ConstantInt(CI), m_Value(A)))) {
+    if (match(Op1, m_Mul(m_Value(A), m_Constant(CI))) ||
+        match(Op1, m_Mul(m_Constant(CI), m_Value(A)))) {
       Value *NewMul = Builder->CreateMul(A, ConstantExpr::getNeg(CI));
       return BinaryOperator::CreateAdd(Op0, NewMul);
     }
   }
 
-  ConstantInt *C1;
-  if (Value *X = dyn_castFoldableMul(Op0, C1)) {
-    if (X == Op1)  // X*C - X --> X * (C-1)
-      return BinaryOperator::CreateMul(Op1, SubOne(C1));
-
-    ConstantInt *C2;   // X*C1 - X*C2 -> X * (C1-C2)
-    if (X == dyn_castFoldableMul(Op1, C2))
-      return BinaryOperator::CreateMul(X, ConstantExpr::getSub(C1, C2));
-  }
-  
   // Optimize pointer differences into the same array into a size.  Consider:
   //  &A[10] - &A[0]: we should compile this to "10".
-  if (TD) {
-    Value *LHSOp, *RHSOp;
-    if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
-        match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
-      if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
-        return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
-    
-    // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
-    if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
-        match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
-      if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
-        return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
-  }
-  
-  return 0;
+  Value *LHSOp, *RHSOp;
+  if (match(Op0, m_PtrToInt(m_Value(LHSOp))) &&
+      match(Op1, m_PtrToInt(m_Value(RHSOp))))
+    if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
+      return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
+
+  // trunc(p)-trunc(q) -> trunc(p-q)
+  if (match(Op0, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(LHSOp)))) &&
+      match(Op1, m_Trunc(m_PtrToInt(m_Value(RHSOp)))))
+    if (Value *Res = OptimizePointerDifference(LHSOp, RHSOp, I.getType()))
+      return ReplaceInstUsesWith(I, Res);
+
+  bool Changed = false;
+  if (!I.hasNoSignedWrap() && WillNotOverflowSignedSub(Op0, Op1, I)) {
+    Changed = true;
+    I.setHasNoSignedWrap(true);
+  }
+  if (!I.hasNoUnsignedWrap() && WillNotOverflowUnsignedSub(Op0, Op1, I)) {
+    Changed = true;
+    I.setHasNoUnsignedWrap(true);
+  }
+
+  return Changed ? &I : nullptr;
 }
 
 Instruction *InstCombiner::visitFSub(BinaryOperator &I) {
   Value *Op0 = I.getOperand(0), *Op1 = I.getOperand(1);
 
-  // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A...
-  if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1))
-    return BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
+  if (Value *V = SimplifyVectorOp(I))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+
+  if (Value *V =
+          SimplifyFSubInst(Op0, Op1, I.getFastMathFlags(), DL, TLI, DT, AC))
+    return ReplaceInstUsesWith(I, V);
 
-  return 0;
+  // fsub nsz 0, X ==> fsub nsz -0.0, X
+  if (I.getFastMathFlags().noSignedZeros() && match(Op0, m_Zero())) {
+    // Subtraction from -0.0 is the canonical form of fneg.
+    Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFNeg(Op1);
+    NewI->copyFastMathFlags(&I);
+    return NewI;
+  }
+
+  if (isa<Constant>(Op0))
+    if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op1))
+      if (Instruction *NV = FoldOpIntoSelect(I, SI))
+        return NV;
+
+  // If this is a 'B = x-(-A)', change to B = x+A, potentially looking
+  // through FP extensions/truncations along the way.
+  if (Value *V = dyn_castFNegVal(Op1)) {
+    Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, V);
+    NewI->copyFastMathFlags(&I);
+    return NewI;
+  }
+  if (FPTruncInst *FPTI = dyn_cast<FPTruncInst>(Op1)) {
+    if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPTI->getOperand(0))) {
+      Value *NewTrunc = Builder->CreateFPTrunc(V, I.getType());
+      Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewTrunc);
+      NewI->copyFastMathFlags(&I);
+      return NewI;
+    }
+  } else if (FPExtInst *FPEI = dyn_cast<FPExtInst>(Op1)) {
+    if (Value *V = dyn_castFNegVal(FPEI->getOperand(0))) {
+      Value *NewExt = Builder->CreateFPExt(V, I.getType());
+      Instruction *NewI = BinaryOperator::CreateFAdd(Op0, NewExt);
+      NewI->copyFastMathFlags(&I);
+      return NewI;
+    }
+  }
+
+  if (I.hasUnsafeAlgebra()) {
+    if (Value *V = FAddCombine(Builder).simplify(&I))
+      return ReplaceInstUsesWith(I, V);
+  }
+
+  return nullptr;
 }